加州理工科研課題

石墨烯對(duì)于天線輻射性能的調(diào)控與研究

課題簡(jiǎn)介

電磁學(xué)（Electromagnetism）是研究電磁力（電荷粒子之間的一種物理性相互作用） 的物理學(xué)分支。電磁力通常表現(xiàn)為電磁場(chǎng)，如電場(chǎng)、磁場(chǎng)和光。電磁力是自然界中四種基本相互作用之一。 電學(xué)與磁學(xué)領(lǐng)域密切相關(guān)。電磁學(xué)可以廣義地包含電學(xué)和磁學(xué)，但狹義來(lái)說(shuō)是探討電與磁彼此之間相互關(guān)系的一門學(xué)科。

天線（Antenna）是一種用來(lái)發(fā)射或接收無(wú)線電波的設(shè)備，廣泛而言為電磁波的電子元件。天線應(yīng)用于廣播和電視、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線電通訊、雷達(dá)和太空探索等系統(tǒng)。天線通常在空氣和外層空間中工作，也可以在水下運(yùn)行，甚至在某些頻率下工作于土壤和巖石之中。

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家Andre和Konstantin成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯依舊是當(dāng)今世界研究的前沿課題。

本課題中，我們巧妙地將石墨烯作為天線輻射的一部分，研究單原子層的石墨烯對(duì)天線輻射性能的調(diào)控。讓我們一起見證神奇的單原子層帶來(lái)的奇跡！

科研方法

計(jì)算機(jī)仿真模擬

計(jì)算機(jī)仿真模擬是一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件建立抽象模型、模擬真實(shí)條件并進(jìn)行分析的技術(shù)。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)相比，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)通過數(shù)學(xué)建模，解放了普通實(shí)驗(yàn)對(duì)于器材的苛刻要求，具有可多次進(jìn)行、反復(fù)試錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)黑箱化了復(fù)雜的理論推導(dǎo)與數(shù)據(jù)計(jì)算，能夠以直觀的方式呈現(xiàn)研究的成果，對(duì)于初次涉獵科學(xué)研究的高中生而言，也更為簡(jiǎn)單易學(xué)、容易上手。

例如：在設(shè)計(jì)外太空的衛(wèi)星軌道時(shí)，受制于客觀條件，科研工作者無(wú)法在地球上重現(xiàn)外太空的環(huán)境，因此，只能借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力，對(duì)外太空的情況和衛(wèi)星的軌道進(jìn)行模擬、反復(fù)實(shí)驗(yàn)，并基于模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，完成科學(xué)的軌道設(shè)計(jì)。

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授課導(dǎo)師

1、加州理工大學(xué)博士
2、研究方向：電子工程、光學(xué)；
3、多次以第一作者身份在Optics Express等重要期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文。

課題要求

本課題適合： 9-12 年級(jí)學(xué)生，有較強(qiáng)的邏輯思維和抽象思維能力：

英文：
1、具備基本的學(xué)術(shù)英語(yǔ)閱讀能力；
2、接觸過英文寫作，有論文寫作經(jīng)驗(yàn)者更佳；

 

數(shù)學(xué)：
1、微積分基礎(chǔ)知識(shí)；
2、最優(yōu)化基礎(chǔ)知識(shí)；
3、數(shù)值分析基礎(chǔ)知識(shí)；

 

計(jì)算機(jī)：
1、計(jì)算機(jī)建模；
2、計(jì)算機(jī)模擬；

物理學(xué)：
1、計(jì)算機(jī)建模；
2、計(jì)算機(jī)模擬；

工程：
1、機(jī)械工程；
2、電子工程。

 

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