探索二维石墨烯同素异形体在毫米波传感和自主设备中的振动行为

《IEEE Transactions on Nanotechnology》：Exploring the Vibrational Behavior of Two-Dimensional Graphyne Allotropes for Millimeter-Wave Sensing and Autonomous Devices

石墨烯衍生物（α,β,γ-GY）作为毫米波雷达接收材料，通过结合连续力学理论和分子动力学模拟，研究其弯曲刚度、拉伸行为、共振频率及机械稳定性与毫米波吸收的关联。结果表明α-GY在40-60 GHz（U）、60-90 GHz（E）、110-170 GHz（D）频段吸收最佳，β-GY在90-140 GHz（F）、50-75 GHz（V）、75-110 GHz（W）最优，γ-GY则在50-75 GHz（V）、75-110 GHz（W）、30-50 GHz（Q）表现优异，机械稳定性和振动模式与电磁吸收能力呈负相关。

　　

摘要：

在自动驾驶车辆系统中，毫米波（mmWave）汽车雷达是用于物体检测的有前景的候选技术。这些系统包括关键组件，如信号处理电子电路、发射器和毫米波接收器。图烯（Graphyne，简称GY）是一类新型的二维碳同素异形体，可能成为毫米波接收器的理想材料；然而，其性能特性仍需针对这一应用进行评估。本研究旨在探讨基于图烯的材料的弯曲硬度、拉伸行为、共振频率和机械稳定性，以及它们与毫米波的相互作用，以评估其作为接收器的适用性。为此，研究采用了结合连续介质力学理论和分子动力学模拟的混合方法，并求解了麦克斯韦方程组。研究结果表明：对于α-GY，在U（40-60 GHz）、E（60-90 GHz）和D（110-170 GHz）频段内，图烯材料具有出色的物体检测潜力；对于β-GY，在F（90-140 GHz）、V（50-75 GHz）和W（75-110 GHz）频段内也表现出良好性能；而对于γ-GY，则在V（50-75 GHz）、W（75-110 GHz）和Q（30-50 GHz）频段内效果最佳。研究发现毫米波吸收能力与材料的机械稳定性之间存在反比关系，其中α-GY的吸收能力最强，其次是β-GY，最后是γ-GY。此外，在振动模式方面，各材料的振动模式顺序与它们的吸收能力顺序一致。