CN110263899B - 一种基于石墨烯的无芯片太赫兹识别标签 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及标签技术领域。本发明公开了一种基于石墨烯的无芯片太赫兹识别标签，包括从下到上依次设置的贵金属衬底层、下Topas介质层、下石墨烯层、中Topas介质层、中石墨烯层、上Topas介质层和上石墨烯层，所述下石墨烯层、中石墨烯层和上石墨烯层均为正方形或圆形的环状的掺杂石墨烯层，且中心均在同一条与贵金属衬底层垂直的垂直线上，所述下石墨烯层、中石墨烯层和上石墨烯层在平行于贵金属衬底表面的平面内的尺寸都不相同。本发明具有无芯片，尺寸小，成本低，不同编码的标签可以采用统一的几何结构，利于大规模生产的优点。
Description
技术领域
本发明属于标签技术领域，具体地涉及一种基于石墨烯的无芯片太赫兹识别标签。
背景技术
太赫兹识别技术是一种无线通信技术，与射频识别技术(RFID)类似，它可以通过电磁波来识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械接触。该技术在物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件和图书馆管理等领域有着广泛的应用。由于太赫兹识别系统中需要大量的身份标签来对特定信息进行编码，因此研究并开发适合于大规模生产的太赫兹识别标签具有重要的应用价值。
传统的太赫兹识别标签采用金属材质，通常需要对不同编码采用不同几何尺寸的结构来实现，这对大规模生产十分不利，并且有些太赫兹标签需要集成电路来存储相应信息，这增加了标签的成本和尺寸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的无芯片太赫兹识别标签用以解决上述存在的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于石墨烯的无芯片太赫兹识别标签，包括贵金属衬底层、下Topas介质层、下石墨烯层、中Topas介质层、中石墨烯层、上Topas介质层和上石墨烯层，所述贵金属衬底层、下Topas介质层、中Topas介质层和上Topas介质层从下到上依次层叠设置，所述上石墨烯层设置在上Topas介质层的上表面，所述中石墨烯层嵌设在上Topas介质层的底部且底面与中Topas介质层的上表面接触，所述下石墨烯层嵌设在中Topas介质层的底部且底面与下Topas介质层的上表面接触，所述下石墨烯层、中石墨烯层和上石墨烯层均为正方形或圆形的环状的掺杂石墨烯层，且中心均在同一条与贵金属衬底层垂直的垂直线上，所述下石墨烯层、中石墨烯层和上石墨烯层在平行于贵金属衬底表面的平面内的尺寸都不相同。
进一步的，所述下石墨烯层、中石墨烯层和上石墨烯层的厚度均为0.35-0.65nm。
更进一步的，所述下石墨烯层、中石墨烯层和上石墨烯层均为正方形的环状结构，所述下石墨烯层、中石墨烯层和上石墨烯层的环宽度均为0.11-0.20μm。
更进一步的，所述上石墨烯层的外边长为1.02-1.90μm，所述中石墨烯层的外边长为1.20-2.22μm，所述下石墨烯层的外边长为2.18-4.04μm。
进一步的，所述上Topas介质层和中Topas介质层的厚度均为0.35-0.65μm，下Topas介质层的厚度为12.60-23.40μm，贵金属衬底层的厚度为2.80-5.20μm。
更进一步的，所述贵金属衬底层、下Topas介质层、中Topas介质层和上Topas介质层均为正方形结构。
更进一步的，所述贵金属衬底层、下Topas介质层、中Topas介质层和上Topas介质层的边长均为2.80-5.2μm。
进一步的，所述贵金属衬底层为金衬底层。
本发明的有益技术效果：
本发明工作在亚波长尺度，结构尺寸非常小，便于集成；对太赫兹波段的信息编码采用不同掺杂的石墨烯环状结构，不同编码序列的标签具有相同的几何结构，因此利于大规模生产；与有芯片的太赫兹识别标签相比，成本更低，且无需外接电源；采用多层石墨烯环状结构来实现，便于扩展，有利于对多位序列进行编码；在平面上完全对称，因此具有入射波角度不依赖性以及入射波极化不依赖性，这在太赫兹识别标签的实际应用中具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例的立体结构示意图；
图2为本发明具体实施例的侧视图；
图3为本发明具体实施例的俯视图；
图4为本发明具体实施例的透视结构示意图一；
图5为本发明具体实施例的透视结构示意图二；
图6为本发明其它实施例的俯视图；
图7为本发明仿真实现的编码吸收曲线图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1-5所示，一种基于石墨烯的无芯片太赫兹识别标签，包括贵金属衬底层1、下Topas(环烯烃共聚物)介质层2、下石墨烯层7、中Topas介质层3、中石墨烯层6、上Topas介质层4和上石墨烯层5，所述贵金属衬底层1、下Topas介质层2、中Topas介质层3和上Topas介质层4从下到上(以图2的方向为基准)依次层叠设置，所述上石墨烯层5设置在上Topas介质层4的上表面，所述中石墨烯层6嵌设在上Topas介质层4的底部且底面与中Topas介质层3的上表面直接接触，所述下石墨烯层7嵌设在中Topas介质层3的底部且底面与下Topas介质层2的上表面直接接触，所述下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5均为正方形的环状的掺杂石墨烯层，且中心均在同一条与贵金属衬底层1垂直的垂直线上，即下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5的中心在贵金属衬底层1表面上的投影重叠，所述下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5的在平行于贵金属衬底1表面的平面内的尺寸都不相同。
本具体实施例中，下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5在平行于贵金属衬底1表面的平面内的尺寸依次从大到小递减，具体如图5所示。但并不以此为限，在一些实施例中，下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5在平行于贵金属衬底1表面的平面内的尺寸也可以是依次从小到大递增，或中石墨烯层6的尺寸最小、上石墨烯层5的尺寸第二、下石墨烯层7的尺寸最大等其它排列顺序。
优选的，所述下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5的厚均为0.35-0.65nm，易于制备，且性能更好。本具体实施例中，下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5的厚度均为0.5nm。
优选的，所述下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5的环宽度均为0.11-0.20μm。本具体实施例中，所述下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5的环宽度均为0.155μm。
优选的，所述上石墨烯层5的外边长为1.02-1.90μm，所述中石墨烯层6的外边长为1.20-2.22μm，所述下石墨烯层7的外边长为2.18-4.04μm，以进一步提升性能。本具体实施例中，所述上石墨烯层5的外边长为1.46μm，所述中石墨烯层6的外边长为1.71μm，所述下石墨烯层7的外边长为3.11μm。
本具体实施例中，贵金属衬底层1为金衬底层，当然，在其它实施例中，贵金属衬底层1也可以采用银、铝等其它贵金属材料制成。
优选的，所述上Topas介质层4和中Topas介质层3的厚度均为0.35-0.65μm，下Topas介质层2的厚度为12.60-23.40μm，贵金属衬底层1的厚度为2.80-5.20μm，以进一步提升性能。本具体实施例中，所述上Topas介质层4和中Topas介质层3的厚度均为0.5μm，下Topas介质层2的厚度为18μm，贵金属衬底层1的厚度为5μm。
本具体实施例中，所述贵金属衬底层1、下Topas介质层2、中Topas介质层3和上Topas介质层4均优选为正方形结构，与下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5的结构形状相适配，下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5分别居中在下Topas介质层2、中Topas介质层3和上Topas介质层4上。
优选的，所述贵金属衬底层1、下Topas介质层2、中Topas介质层3和上Topas介质层4的边长均为2.80-5.2μm，以进一步提升性能。本具体实施例中，所述贵金属衬底层1、下Topas介质层2、中Topas介质层3和上Topas介质层4的边长均为4μm。
本具体实施例中，下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5可以是P型掺杂或N型掺杂。
当然，在其它实施例中，下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5也可以均为圆形的环状结构，如图6所示。
设定对编码为“1”的环状石墨烯层进行高掺杂，对编码为“0”的环状石墨烯进行低掺杂，并且在吸收谱上设置吸收峰的阈值为40％，吸收率大于等于40％的编码为“1”，小于40％的编码为“0”，对于在1.25THz-1.49THz、2.56THz-2.78THz、3.91THz-4.04THz频率范围内检测出大于阈值的吸收率则编码为“1”，否则编码为“0”；当对本实施例的下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5都进行高掺杂，则在上述3个频率范围内均检测出吸收峰的编码为“111”；当对本实施例的下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5分别进行低、高、高掺杂，则在2.56THz-2.78THz、3.91THz-4.04THz频率范围内检测出吸收峰则编码为“110”；当对本实施例的下石墨烯层7、中石墨烯层6和上石墨烯层5分别进行高、低、高掺杂，则在1.25THz-1.49THz、2.91THz-4.04THz频率范围内检测出吸收峰则编码为“101”，吸收率曲线如图7所示，由图7可以看出，对三个环行石墨烯层进行不同浓度的掺杂，在特定的频率段进行检测读取，这样可以保证编码与解码的准确性和稳定性。
本发明工作在亚波长尺度，结构尺寸非常小，便于集成；对太赫兹波段的信息编码采用不同掺杂的石墨烯环状结构，不同编码序列的标签具有相同的几何结构，因此利于大规模生产；与有芯片的太赫兹识别标签相比，成本更低，且无需外接电源；采用多层石墨烯环状结构来实现，便于扩展，有利于对多位序列进行编码；在平面上完全对称，因此具有入射波角度不依赖性以及入射波极化不依赖性，这在太赫兹识别标签的实际应用中具有重要意义。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于石墨烯的无芯片太赫兹识别标签，其特征在于：包括贵金属衬底层、下Topas介质层、下石墨烯层、中Topas介质层、中石墨烯层、上Topas介质层和上石墨烯层，所述贵金属衬底层、下Topas介质层、中Topas介质层和上Topas介质层从下到上依次层叠设置，所述上石墨烯层设置在上Topas介质层的上表面，所述中石墨烯层嵌设在上Topas介质层的底部且底面与中Topas介质层的上表面接触，所述下石墨烯层嵌设在中Topas介质层的底部且底面与下Topas介质层的上表面接触，所述下石墨烯层、中石墨烯层和上石墨烯层均为正方形的环状的掺杂石墨烯层，且中心均在同一条与贵金属衬底层垂直的垂直线上，所述下石墨烯层、中石墨烯层和上石墨烯层在平行于贵金属衬底表面的平面内的尺寸都不相同；
所述下石墨烯层、中石墨烯层和上石墨烯层的厚度均为0.35-0.65nm；
所述下石墨烯层、中石墨烯层和上石墨烯层均为正方形的环状结构，所述下石墨烯层、中石墨烯层和上石墨烯层的环宽度均为0.11-0.20μm；
所述上石墨烯层的外边长为1.02-1.90μm，所述中石墨烯层的外边长为1.20-2.22μm，所述下石墨烯层的外边长为2.18-4.04μm；
所述上Topas介质层和中Topas介质层的厚度均为0.35-0.65μm，下Topas介质层的厚度为12.60-23.40μm，贵金属衬底层的厚度为2.80-5.20μm；
设定对编码为“1”的环状石墨烯层进行高掺杂，对编码为“0”的环状石墨烯进行低掺杂，并且在吸收谱上设置吸收峰的阈值为40％，吸收率大于等于40％的编码为“1”，小于40％的编码为“0”。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的无芯片太赫兹识别标签，其特征在于：所述贵金属衬底层、下Topas介质层、中Topas介质层和上Topas介质层均为正方形结构。
3.根据权利要求2所述的基于石墨烯的无芯片太赫兹识别标签，其特征在于：所述贵金属衬底层、下Topas介质层、中Topas介质层和上Topas介质层的边长均为2.80-5.2μm。
4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的无芯片太赫兹识别标签，其特征在于：所述贵金属衬底层为金衬底层。
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