加州理工科研课题：石墨烯对于天线辐射性能的调控与研究

加州理工科研课题

石墨烯对于天线辐射性能的调控与研究

课题简介

电磁学（Electromagnetism）是研究电磁力（电荷粒子之间的一种物理性相互作用） 的物理学分支。电磁力通常表现为电磁场，如电场、磁场和光。电磁力是自然界中四种基本相互作用之一。 电学与磁学领域密切相关。电磁学可以广义地包含电学和磁学，但狭义来说是探讨电与磁彼此之间相互关系的一门学科。

天线（Antenna）是一种用来发射或接收无线电波的设备，广泛而言为电磁波的电子元件。天线应用于广播和电视、点对点无线电通讯、雷达和太空探索等系统。天线通常在空气和外层空间中工作，也可以在水下运行，甚至在某些频率下工作于土壤和岩石之中。

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家Andre和Konstantin成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯依旧是当今世界研究的前沿课题。

本课题中，我们巧妙地将石墨烯作为天线辐射的一部分，研究单原子层的石墨烯对天线辐射性能的调控。让我们一起见证神奇的单原子层带来的奇迹！

科研方法

计算机仿真模拟

计算机仿真模拟是一种运用计算机软件建立抽象模型、模拟真实条件并进行分析的技术。与传统的实验相比，计算机模拟技术通过数学建模，解放了普通实验对于器材的苛刻要求，具有可多次进行、反复试错的优点。同时，由于计算机模拟技术黑箱化了复杂的理论推导与数据计算，能够以直观的方式呈现研究的成果，对于初次涉猎科学研究的高中生而言，也更为简单易学、容易上手。

例如：在设计外太空的卫星轨道时，受制于客观条件，科研工作者无法在地球上重现外太空的环境，因此，只能借助计算机强大的运算能力，对外太空的情况和卫星的轨道进行模拟、反复实验，并基于模拟实验的结果，完成科学的轨道设计。

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授课导师

1、加州理工大学博士
2、研究方向：电子工程、光学；
3、多次以第一作者身份在Optics Express等重要期刊上发表学术论文。

课题要求

本课题适合： 9-12 年级学生，有较强的逻辑思维和抽象思维能力：

英文：
1、具备基本的学术英语阅读能力；
2、接触过英文写作，有论文写作经验者更佳；

 

数学：
1、微积分基础知识；
2、最优化基础知识；
3、数值分析基础知识；

 

计算机：
1、计算机建模；
2、计算机模拟；

物理学：
1、计算机建模；
2、计算机模拟；

工程：
1、机械工程；
2、电子工程。