گرافن در خدمت ادغام الکترونیک و فناور‌ی‌ نانو www.fotonik.ir

استفاده از گرافن برای آنتن‌ها و سایر وسایل الکترومغناطیسی می‌تواند مزایای بسیاری همچون کوچک سازی زیاد ، ادغام یکپارچه با نانوالکترونیک گرافن RF، تنظیم پویای کارآمد و حتی شفافیت و انعطاف پذیری مکانیکی را داشته باشد . اگرچه کارهای تئوریکی و نظری بسیار متفاوتی در این حوزه انجام شده است اما کاربردهای بسیار کمی پیشنهاد شده و در واقعیت مورد  ارزیابی قرار گرفته است . در این مقاله در مورد خواص گرافن و کاربردهای تجربی و تئوری آن صحبت خواهیم کرد . سپس در مورد تعدادی از کاربردهای بالقوه  آنتن از مایکروویو تا  تراهرتزبحث خواهیم کرد  و ارزیابی های ضروری در هر کدام را به همراه مزایا، محدودیت ها و مسائل مربوط  به آن در کاربردهای واقعی را بیان می کنیم. در این جا  خلاصه ای از دستگاه‌های مختلف و توسعه‌های مرتبط با آن  که شامل آنتن های گرافنی و آرایه های انعکاسی در مایکروویو و تراهرتز،سوئیچ های پلاسمونیک و متاسطوح همسانگرد و ناهمسانگرد است را  فراهم می کنیم .

http://fotonik.ir/

کلمات کلیدی : آنتن، ناهمسانگردی، گرافن ، مایکروویو، تراهرتز ، سوئیچ،سطح فرکانس انتخابی، متاسطوح، چرخش فارادی ، پلاسمونیک ، آرایه ی انعکاسی، قانون بازتابی اسنل.

http://fotonik.ir/

اخیرا گرافن به خاطر خواص مکانیکی و الکتریکی استثنایی خود ، علاقه مندی های فوق العاده ای  را درحوزه های  مختلف پژوهشی به خود جلب کرده است . ساختار پیوندی منحصر به فرد آن  در نانو الکترونیک برای دستیابی به دستگاههای پرسرعتی همچون ترانزیستورهای اثر میدانی و افزاینده ی فرکانس به خوبی مورد استفاده قرار گرفته است . با این وجود استفاده از گرافن در دستگاه های هدایت غیر فعال و آنتن از مایکروویو  تا تراهرتز به مراتب کمتر مورد بهره برداری قرار گرفته است. این موضوع عمدتا  به این خاطر است که چنین ساختارهایی نیازمند  اندازه ی الکتریکی سفارشی از طول موج خاصی هستند در حالیکه در نمونه های گرافنی این مقدار بسیار کوچک تر است . با اینحال، رسوب بخار شیمایی گرافن (CVD ) هم اکنون به دانشمندان اجازه می دهد نمونه های چند سانتی متری را نیز بدست آورند. این موضوع منجر  به افزایش علاقه در تحقیق و پژوهش بر روی دستگاههای غیر فعال در چنین فرکانسهایی شده است. توضیح در مورد  فیزیک ساختاری منحصر به فرد گرافن فراتر از محدوده ی این مقاله است اما می توانید ار مراجع و منابع مختلف اطلاعات مورد نیاز خود را در این مورد پیدا کنید . برای هدف ما، بحث مختصر در مورد  کاربردهای گرافن در الکترومغناطیس کافی خواهد بود . از آنجا که گرافن  یک لایه ی تک اتمی است ، می توان آن را توسط تانسور هدایت سطحی شکل داد .

http://fotonik.ir/

این تانسور هدایتی به ساختار باندی منحصر به فرد گرافن و تعدادی پارامتر دیگر همچون دما، نرخ پراش، انرژی فرمی ،سرعت الکترون ، پیش دوپه و بایاس میدان الکتریکی و معناطیسی بستگی دارد .  در عمل برخی از پارامترهای دیگر همچون نقص  بالقوه در طبیعت پلی کریستالی گرافن نیز می تواند بر روی خواص آن تاثیر گذار باشد . به طور کلی، هدایت  گرافن بسیار وابسته به فرکانس است و در فرکانس های مختلفی مانند مایکروویو و یا تراهرتز می تواند رفتار متفاوتی داشته باشد .شکل (1) مثالی از رسانش و هدایت گرافن به عنوان تابعی از میدان مغناطیسی را فراهم میکند. به طور کلی، ویژگیهای زیر در مورد هدایت گرافن باید در نظر گرفته شود:

http://fotonik.ir/

بایاس و همسانی (ایزوتروپی):

• اعمال یک میدان الکتریکی بایاس می تواند حامل های الکترون و یا حفره ی بیشتری در گرافن تزریق کند و بنابراین کنترل پویای هر دو بخش واقعی و خیالی از هدایت را می تواند فراهم کند.

http://fotonik.ir/

• اگر یک میدان مغناطیسی بایاس موجود باشد و یا اگر پراکندگی فضایی در نظر گرفته شود، گرافن ناهمسان است . بنابراین بایاس مغناطیسی می تواند برای کنترل پویای ناهمسانی گرافن  مورد استفاده قرار گیرد ، در حالیکه گرافن در غیاب بایاس مغناطیسی بیشتر همسان است .

http://fotonik.ir/

رفتار عمومی هدایت ایزوتروپیک:

• اگرچه گرافن بهترین رسانای الکتریکی شناخته شده است، این یک ماده ی تک اتمی بوده و بنابراین مقاومت سطحی آن در مقایسه با فلزات در فرکانس میکرو بسیار بالاست . در این محدوده فرکانس گرافن سطح رسانای متوسط تا بدی است .

http://fotonik.ir/

• فرکانس  پلاسمای گرافن  در محدوده ی تراهرتز ،پایین‌تر از فلزات کمیاب است. بنابراین رسانایی آن کلا رفتار متفاوتی در تراهرتز خواهد داشت . در نتیجه انتشار پلاسمونیک می تواند توسط گرافن  در تراهرتز پشتیبانی شود و باعث ایجاد خواص جالبی برای کاربردهای عملی گردد .

http://fotonik.ir/

2.گرافن در آنتن‌ها و سایر کاربردهای مرتبط :

http://fotonik.ir/

در این بخش در مورد  دستگاههای گرافنی مختلفی که اخیرا مورد مطالعه قرار گرفته است صحبت  خواهیم کرد

http://fotonik.ir/.

A . فرکانس  میلی و میکرو:

http://fotonik.ir/

همانطور که قبلا نیز گفتیم ، گرافن در فرکانس های میکرو و  میلی  رسانای متوسط تا بدی است . با اینحال، کاربردهای اندکی نیز در این محدوده از فرکانس وجود دارد که از خواص ویژه گرافن بهره میگیرد .

http://fotonik.ir/

1.سیستم های میکروالکترومکانیکی RF (RF-NEMS ):

در یک مفهوم مشابه با RF-MEMS ، یک غشای گرافنی چند لایه ای می تواند در یک شکاف هوا و تحریک شده مکانیکی ، با استفاد از یک نیروی الکترواستاتیکی معلق گردد تا یک سوییچ RF و یا خازن متغیر ایجاد گردد. کاربرد گرافن در اینجا عمدتا به خاطر خواص مکانیکی قابل توجه گرافن  و دستیابی به ولتاژ تحریک بسیار پایین است . چنین دستگاههای در آینده نزدیک ساخته خواهد شد .

http://fotonik.ir/

2.جاذب‌های قابل تنظیم ومنعطف :

از آنجا که گرافن در امواج میکرو ومیلی کاملا مقاوم است ،کاربرد مستقیم و آسان آن در جاذب های مسطح است . در مقایسه با سایر مواد، مزیت استفاده از گرافن این است که علاوه بر شفافیت و انعطاف پذیری مکانیکی آن ، چنین جاذبهایی  می تواند به صورت پویا در شیوه ای ساده و کارآمد کنترل گردد .   شکل زیر یک جاذب گرافنی چند لایه و عملکرد آن تحت کنترل الکترونیکی  را نشان می دهد .

http://fotonik.ir/

 

3.آنتن پچ گرافنی در مایکروویو:

http://fotonik.ir/

اگرچه آنتن هایی با کارآیی خوب وموثر را نمی توان در امواج میکرو ومیلی توسط گرافن بدست آورد اما استفاده از آن برای یکپارچه سازی و شفافیت در کاربردهایی که کارآیی و بهره وری کمتری نیاز است، جالب خواهد بود.

B   .تراهرتز و مادون قرمز کم:

همانطور که در بخش های قبلی این مقاله گفتیم ، در محدوده ی فرکانسی پلاسما، رسانش گرافن بسیار فعال شده و می تواند ار رزونانس و یا انتشار پلاسمونیک نیز پشتیبانی کند . به عبارت دیگر ، فن آوری های معمولی محدودیت های قابل توجهی در فرکانس های تراهرتز و بالاتر دارد ( به عنوان مثال از دست دادن امکان کنترل دینامیک). بنابراین ما انتظار داریم کاربرد گرافن در این محدوده از فرکانس بسیار بیشتر باشد و بنابراین باقی مانده این مقاله را به همین موضوع اختصاص می دهیم.

1.پلاسمونیک TL و سنجش :

در کارهای مختلفی نشان داده شده است که حالت پلاسمونیکی که توسط گرافن پشتیبانی می شود اصطلاحا slowwave ( موج آهسته) است که این خود باعث می شود دستگاههای ساخته شده دارای اندازه ی بسیار کوچکی باشند . همچنین اخیرا نشان داده شده است که خواص پلاسمون ها نه تنها توسط بایاس الکتریکی بلکه  توسط بایایس مغناطیسی نیز تحت تاثیر قرار میگیرد . همچنین این موضوع می تواند برای کاربردهای سنجشی نیز بسیار جالب باشد .

2. آنتن رزونانس پلاسمونیک:

گرافن یک ماده ی امیدوار کننده برای درک و دستیابی به آنتن های تراهرتز رزونانس مینیاتوری (کوچک) است . همچنین با استفاده از  نوار رزونانس پلاسمونیک مانند دو قطبی ساده،تطبیق مستقیم می تواند  حتی با هندسه ساده  به تراهرتز CW  دست یابد . بهره وری تابش هم با توجه به اندازه های الکتریکی بسیار کوچک خوب است و منجر به عملکردهای قابل مقایسه و حتی بهتری از فلزات می شود .

http://fotonik.ir/

 

 

- بسته نرم افزاری لومریکال  2016  Lumerical شامل نسخه 32 و 64 بیتی همراه با آموزش نصب و پشتیبانی از ماده گرافن و تحلیل حرارتی

- بسته نرم افزاری لومریکال  2013 Lumerical نسخه 32 و 64 بیتی شامل همراه با آموزش نصب و پشتیبانی

- آموزش نرم افزار MODE Solution 

- آموزش نرم افزار FDTD 

- آموزش نرم افزار Interconnect

- آموزش نرم افزار Device

- آموزش مفاهیم همچنین شبیه سازی نانوساختارها، سلول ها و صفحات خورشیدی

- آموزش مفاهیم همچنین شبیه سازی مثال های متنوع  فیبرها و موجبرهای معمولی و بلور فوتونی در ساختارهای معمولی و پلاسمونیک

- آموزش مفاهیم همچنین شبیه سازی ساختارهای پریودیک شامل موجبرها، اسپلیترها و گیت های نوری

- آموزش شبیه سازی یک مقاله   ISI

- آموزش روش استخراج داده های مورد نظر شامل پاشندگی، تلفات، ضریب شکست موثر، ضریب شکست گروه، سرعت گروه، سطح مقطع موثر، پروفایل عبور، بازتاب، جذب.

 - آموزش سوئیپ و 5 ساعت آموزش اسکریپت نویسی

 دارای کاربرد شبیه سازی

ساختارهای پلاسمونیک

ساختارهای مبتنی بر گرافن , گرافین

نانو ساختارها

فیبرهای نوری

فیبرهای بلور فوتونی

موجبرها،

مالتی پلکسرها،

آشکارسازها،

لنزها سلول‌ها

صفحات خورشیدی،

قطعات پلاسمونی ادوات مخابراتی

گروه آموزشی اپتیک، فوتونیک و الکترونیک (آموزش نرم افزارهای لومریکالlumerical  و کامسول comsol  )

گروه آموزشی اپتیک، فوتونیک و الکترونیک (آموزش نرم افزارهای لومریکالlumerical  و کامسول comsol  )

گروه آموزشی اپتیک، فوتونیک و الکترونیک (آموزش نرم افزارهای لومریکالlumerical  و کامسول comsol  )

 

آموزش, نرم افزار, دانلود رایگان, لومریکال, lumerical, کامسول, comsol, fdtd, mode solution, device

 - بسته نرم افزاری لومریکال  2016  Lumerical شامل نسخه 32 و 64 بیتی همراه با آموزش نصب و پشتیبانی از ماده گرافن و تحلیل حرارتی

- بسته نرم افزاری لومریکال  2013 Lumerical نسخه 32 و 64 بیتی شامل همراه با آموزش نصب و پشتیبانی

برچسب‌ها: آموزش، نرم افزار، دانلود رایگان، بسته نرم افزاری لومریکال، lumerical، mode solution، device، comsol

برچسب‌ها: لومریکال، کامسول، lumerical، comsol، گرافن، پلاسمون، مقاله، ISI، ISC، نرم افزار

بسته آموزشی نرم افزار کامسول comsol

کامسول نرم افزار تحلیلی است که از روش المان محدود (Finite Element) برای رسیدن به همگرایی استفاده میکند. نام کامل این نرم افزار Comsol Multiphysics  میباشد. وجود کلمه مولتی فیزیک در عنوان این نرم افزار مبین این است که دامنه وسیعی از ماژول های فیزیکی و شیمایی را شامل میشود. به جرات میتوان گفت که روش المان محدود، در مجموع روش بهتری از روش حجم محدود (Finite Valume) است. کامسول، انسایس و آباکوس از نرم افزار های المان محدود هستند، در حالی که نرم افزار فلوئنت از روش حجم محدود استفاده میکند. چگونگی برتری روش المان محدود به حجم محدود، نیاز به تفضیل زیادی دارد که در این پست نمگنجد. به صورت کلی برتری های این نرم افزار نسبت به سایر نرم افزار ها میتوان در پنج مورد کلی بیان نمود.

 http://www.fotonik.ir/

اول: مولتی فیزیک بودن نرم افزار. این قابلیت باعث شده که نرم افزار ماژول های بسیار مختلفی از قبیل مکانیک سیالات، انتقال حرارت، انتقال جرم، مباحث مربوط به برق و الکترونیک، مباحث فیزیک و شیمی محض و حتی بروز ترین دانش ها از قبیل لایه نازک، محیط های پلاسما و لایه های شفاف را شامل شود. به طوری که مهندسین در رشته های مختلف هیچ مشکلی برای انجام CFD و یا هر نوع مدل سازی دیگری نداشته باشند. در نهایت به جرات میتوان گفت که سایر نرم افزار های تحلیلی را میتواند زیر مجموعه ی خود بگیرد!

 http://www.fotonik.ir/

دوم: بسیاری از نرم افزار های تحلیلی مانند فلوئنت قابلیت مش بندی هندسه را ندارند و شما برای انجام کار مجبور هستید که به نرم افزار مشبندی دیگری مانند گمبیت مسلط باشید. اما نرم افزار کامسول نتایج حاصل از مشبندی انجام شده توسط خودش را تحلیل میکند. به اصطلاح ساده تر میتوان گفت که شما دیگر نیاز ندارید به نرم افزار جانبی برای مشبندی مسلط باشد. زیرا نرم افزار کامسول خودش این کار را برای شما انجام میدهد.

 http://www.fotonik.ir/

سوم: همانگونه که قبلا گفته شد، این نرم افزار از روش المان محدود استفاده میکند. که خطای آن در رسیدن به ایزوتروپی و پاسخ نهایی کمتر از نرم افزار هایی است که از روش حجم محدود استفاده میکندد(مانند فلوئنت و..)

چهارم: قابلیت لینک شدن با نرم افزار های زیادی مانند  Solid works، Cad, Matlab, Catia و .. .

http://www.fotonik.ir/

---

 آموزش اول: آموزش نرم افزار کامسول comsol ماژول ray optics لنز کوژ

http://www.fotonik.ir/

در این آموزش ماژول ray optics از نرم افزار کامسول comsol به اختصار با یک مثال آموزش داده می شود که با نحوه ترسیم عدسی ( لنز ) همگرا آشنا خواهید شد. 

آموزش دوم: آموزش نرم افزار کامسول comsol ماژول ray optics لنز کاو

http://www.fotonik.ir/

آموزش سوم: طراحی اسپلیتر  باریکه نور در نرم افزار کامسول comsol ماژول Wave optics

http://www.fotonik.ir/

http://www.fotonik.ir/

در این شبیه سازی یک اسپلیتر باریکه نور در نرم افزار کامسول comsol با استفاده از ماژول wave optics طراحی می شود که توان سیگنال ورودی به دو قسمت مساوی تقسیم می شود و از دو سمت اسپلیتر خارج خواهد شد. طول موج منبع ورودی 700 نانومتر فرض شده است. 

برچسب‌ها: بسته، بسته آموزشی، رایگان، نرم افزار، کامسول، comsol، ماژول Wave optics،ماژول ray optics

بسته آموزشی لومریکال Lumerical

بسته آموزشی لومریکال Lumerical شامل 4 عدد DVD با محتویات زیر است که جهت خرید به وب سایت زیر مراجعه فرمائید:

http://fotonik.ir/

- بسته نرم افزاری لومریکال  2016  Lumerical شامل نسخه 32 و 64 بیتی همراه با آموزش نصب و پشتیبانی از ماده گرافن و تحلیل حرارتی

- بسته نرم افزاری لومریکال  2013 Lumerical نسخه 32 و 64 بیتی شامل همراه با آموزش نصب و پشتیبانی

- آموزش نرم افزار MODE Solution 

- آموزش نرم افزار FDTD 

- آموزش نرم افزار Interconnect

- آموزش نرم افزار Device

- آموزش مفاهیم همچنین شبیه سازی نانوساختارها، سلول ها و صفحات خورشیدی

- آموزش مفاهیم همچنین شبیه سازی مثال های متنوع  فیبرها و موجبرهای معمولی و بلور فوتونی در ساختارهای معمولی و پلاسمونیک

- آموزش مفاهیم همچنین شبیه سازی ساختارهای پریودیک شامل موجبرها، اسپلیترها و گیت های نوری

- آموزش شبیه سازی یک مقاله   ISI

- آموزش روش استخراج داده های مورد نظر شامل پاشندگی، تلفات، ضریب شکست موثر، ضریب شکست گروه، سرعت گروه، سطح مقطع موثر، پروفایل عبور، بازتاب، جذب.

 - آموزش سوئیپ و 5 ساعت آموزش اسکریپت نویسی

 دارای کاربرد شبیه سازی

ساختارهای پلاسمونیک

ساختارهای مبتنی بر گرافن , گرافین

نانو ساختارها

فیبرهای نوری

فیبرهای بلور فوتونی

موجبرها،

مالتی پلکسرها،

آشکارسازها،

لنزها سلول‌ها

صفحات خورشیدی،

قطعات پلاسمونی ادوات مخابراتی

, آموزش نرم افزار لومریکال lumerical

http://fotonik.ir/

http://fotonik.ir/

http://fotonik.ir/

http://fotonik.ir/

عنوان دومین مطلب آزمایشی من

این متن دومین مطلب آزمایشی من است که به زودی آن را حذف خواهم کرد.

زکات علم، نشر آن است. هر وبلاگ می تواند پایگاهی برای نشر علم و دانش باشد. بهره برداری علمی از وبلاگ ها نقش بسزایی در تولید محتوای مفید فارسی در اینترنت خواهد داشت. انتشار جزوات و متون درسی، یافته های تحقیقی و مقالات علمی از جمله کاربردهای علمی قابل تصور برای ,بلاگ ها است.

همچنین وبلاگ نویسی یکی از موثرترین شیوه های نوین اطلاع رسانی است و در جهان کم نیستند وبلاگ هایی که با رسانه های رسمی خبری رقابت می کنند. در بعد کسب و کار نیز، روز به روز بر تعداد شرکت هایی که اطلاع رسانی محصولات، خدمات و رویدادهای خود را از طریق بلاگ انجام می دهند افزوده می شود.

عنوان اولین مطلب آزمایشی من

این متن اولین مطلب آزمایشی من است که به زودی آن را حذف خواهم کرد.

مرد خردمند هنر پیشه را، عمر دو بایست در این روزگار، تا به یکی تجربه اندوختن، با دگری تجربه بردن به کار!

اگر همه ما تجربیات مفید خود را در اختیار دیگران قرار دهیم همه خواهند توانست با انتخاب ها و تصمیم های درست تر، استفاده بهتری از وقت و عمر خود داشته باشند.

همچنین گاهی هدف از نوشتن ترویج نظرات و دیدگاه های شخصی نویسنده یا ابراز احساسات و عواطف اوست. برخی هم انتشار نظرات خود را فرصتی برای نقد و ارزیابی آن می دانند. البته بدیهی است کسانی که دیدگاه های خود را در قالب هنر بیان می کنند، تاثیر بیشتری بر محیط پیرامون خود می گذارند.