超材料吸波体吸波特性研究

设计了一个强谐振超材料吸波体,它由电谐环振器(Electric ring resonator)和短导线组合而成.采用数值仿真法,在8～12GHz波段提取了这种超材料的s参数,并计算了其吸渡率.单层超材料吸波体在10.2GHz处达到吸收峰,吸波率达91.3%.多层组合吸渡体在9.72GHz处峰值吸波率接近100%.与传统吸波材料不同的是,该超材料吸波体完全由金属结构组成,通过对介电常数和磁导率的灵活调节,经优化设计即可实现对入射电磁波的高吸收.另外,通过尺寸变化的多层组合结构,利用不同吸波频段的叠加效应,实现了对吸波频带的拓宽.     

一种极化无关的多频带超材料吸波体的仿真与实验研究

设计了一种基于C型组合谐振结构的多频带超材料吸波体,通过CST微波工作室进行仿真分析,采用弓形法对超材料样品的反射率进行实验验证。仿真结果表明,该吸波体在3.28GHz、3.89GHz、6.61GHz、9.76GHz、11.43GHz实现了近完美吸收,吸收强度分别为99.67%、99.85%、98.10%、99.99%、99.25%,实测结果和仿真结果基本一致。通过表面电流分布、等效电路图以及理想阻抗匹配理论分析了该吸波体作用的物理机理。该超材料吸波体有极化无关的特性。     

可调谐超材料吸波体的数值仿真研究

设计了一个由周期排列的金属电谐振环(the electric ring resonator,ERR)与短导线(FR-4基板上)组合而成的超材料吸波体.在某一频段,该超材料吸波体能同时产生强的电谐振与磁谐振.采用数值仿真方法,在8-12GHz波段计算了该超材料的S参数,并分析了其吸收率变化规律.单层超材料吸波体在9.27...     

低电导率超材料的吸波性能研究

本文研究了由低电导率材料制备的超材料的吸波性能,通过仿真软件计算了不同电导率超材料吸波性能,研究了其变化规律,在复合材料基材上采用喷涂法制备了电导率为2.3×10~4 S/M的超材料结构,探究了不同基板厚度时超材料吸波体的吸波性能变化规律.仿真结果表明,低电导率材料在一定基材厚度下可以实现电磁波的高吸收,并且基材的厚度有最优值,这说明电导率也可以成为设计超材料的参数.制备的超材料基底材料厚度为2 mm时,其在7.8 GHz处实现了-23.2 dB的深吸收,实验规律与仿真结果相吻合.采用喷涂法有助于解决超材料在大曲率、复杂外形等部位难以应用的问题,为超材料的制备以及其大规模应用开辟了一个新的方向.     

基于超材料的超薄双频吸波器设计与制造

设计并制备了工作于厘米波(3~30GHz)和毫米波(30~300GHz)的"三明治"式圆环套十字结构的双频吸波器,基于CST 2015全波有限积分法仿真并分析了胞元的结构尺寸和材料参数对吸波器性能的影响。采用在双面溅射铜的环氧树脂板上激光烧蚀的工艺制备出谐振点在17.595GHz、36.9GHz的双频吸波器,制备出的吸波器厚度为谐振波长的1/85和1/41,峰值吸波率为99.764%,半波峰宽为0.616GHz和0.878GHz。该吸波器具有偏振不敏感和超薄特性的同时兼具入射角选择性,制备的样片测试结果很好地证实其优异的吸波性能。该吸波器设计灵活、性价比高、吸波性能好,拓展了军事领域雷达波屏蔽的思路。     

尖锥型结构宽频吸波材料设计

基于吸波材料阻抗匹配的要求,设计了一种尖锥型吸波结构.该吸波结构是由一系列圆锥阵列排布在基板上组成.以尖锥的夹角和在尖锥表面涂覆导电涂层的方阻为参数,利用数值方法分析得到在尖锥夹角为15°、表面方阻为200Ω/sq时,在较宽频带范围内吸波性能优良.利用设计参数制备得到的尖锥型吸波材料的反射率测试结果表明:在设计参数条件下,吸波材料在2～18 GHz频率范围内,反射率低于-10 dB的带宽为14.4GHz,反射率低于-20 dB的带宽为13.3 GHz,最强吸收峰在7 GHz处,吸收峰强度为34.2 dB,尖锥型结构吸波材料具有宽频带强吸波效果.     

一种基于超材料的双频吸波器设计与实验研究

本文设计、分析和加工了一种单层双频超材料结构,该结构由3层构成,表层和底层由金属铜板组成,中间层为有损耗的介质基板FR-4.通过仿真优化表明,该结构在谐振频率5.32 GHz和9.77 GHz处吸波率分别达到95%和94.2%.实测数据显示在谐振频率5.15 GHz和9.45 GHz处的反射系数分别为-14 dB和-13 dB,实现了电磁波的双频强吸收.此外由于该结构具有正交对称性,因此具有极化不敏感特性,又经仿真得到该结构具有宽入射角特性.结果表明,该超材料吸波器在特定频段电磁功能器件领域具有潜在的应用价值.     

基于嵌入超表面的雷达吸波结构带宽拓展方法研究

提出了一种基于嵌入十字形超表面的雷达吸波结构带宽拓展方法,仿真了超表面的十字形参数变化对结构材料吸波性能的影响,通过十字形结构单元的表面电流情况分析了产生共振的原因;仿真和实验结果都表明所设计的超表面嵌入雷达吸波结构后,在16.6 GHz附近增加了一个较大吸收峰,峰值达到了-33.4 dB,在雷达吸波结构材料厚度及面密度基本不变的情况下拓宽了其高频吸波效果。     

加载高介电薄层的宽带频率选择表面吸波材料设计与制备研究

设计仿真并实验验证了一种加载高介电薄层的宽带频率选择表面吸波材料,该吸波材料由FR4介质板、电阻损耗型频率选择表面、聚氨酯泡沫和金属背板组成。仿真结果表明,该吸波材料对入射电磁波在3.6~24GHz频段范围内具有90%以上的吸收效果,且具有极化无关和宽入射角的吸收特性。加载高介电薄层的频率选择表面吸波材料的相对带宽能够达到带宽极限的58.0%,较未加载高介电薄层的优化带宽增加了11.0%,证明了加载高介电薄层有利于从结构上改善材料的吸收带宽。同时,通过Smith圆图从阻抗匹配的角度进一步分析论证了加载高介电薄层有利于在更宽的频段范围内提升吸波材料与空气的阻抗匹配程度,从而实现宽带强吸收。该吸波材料电磁结构与夹层复合材料的力学结构非常类似,便于实现吸波与力学性能的兼容,具有一定的工程应用价值。     

基于SCFNA法的FSS吸波材料设计及制备

目的 设计并制备一种与单元电导率匹配、电磁性能优异的柔性频率选择表面吸波材料。方法 首先选择空间限域强制组装法（SCFNA）制造具有优异导电性能的片材,再按圆形谐振单元裁剪并周期性排布在有机介质层内。完成频率选择表面（FSS）的制备后测试其电磁波性能,并与仿真模型优化的结果进行对比。结果 制备的柔性选择表面样件在频率为18～40GHz时吸收率达到96.22%以上。结论 使用空间限域强制组装法设计制备了导电单元,通过调整工艺参数实现对单元电导率的精准调控,成功制备出了一种在18～40 GHz频段下电磁性能优异的高柔性吸波体材料。     

超材料结构单元轮廓法对吸波材料衰减吸收频带的拓宽与优化

设计了一个由金属谐振单元、FR4基板和金属背板构成的超材料吸波体,通过数值仿真软件对该吸波体在2~8GHz范围内的S参数以及吸收率特征进行了计算;对这个模型进行了取轮廓化的处理,通过计算发现这种处理对其谐振吸收基本上没有影响;在此基础上,通过在这个轮廓模型中加入其他谐振单元,实现了双频带范围的微波衰减吸收。通过激光刻蚀的方法,对所设计的模型进行了实验验证,发现计算结果和实验结果有很好的一致性,这就验证了超材料轮廓法拓宽吸波材料的技术思路,为宽频带超材料吸波体的研究提供了一个可行的技术途径。     

基于平面螺旋结构的极化不敏感超材料吸波体研究

设计了一个基于平面螺旋结构的极化不敏感超材料吸波体。实验测试结果表明,在2.2 GHz处,超材料吸波体的反射率达到了-4.5dB。其总厚度为2.2mm,约为1/62个工作波长,面密度为0.88kg/m2。当金属基板的一条直角边与电场极化方向夹角分别为0,30,45,60和90°时,仍然具有同样低的反射率,超材料吸波体对垂直入射电磁波极化方向是不敏感的。与传统的吸波材料相比,该超材料吸波体实现了轻质、薄型化,且对入射电磁波极化方向不敏感。     

嵌入分形频率选择表面的低频超薄吸波层的设计

研究了频率选择表面对超薄多层微波吸波体在低频(L和S频段)吸波性能的影响. 分别采用硫化工艺和激光刻蚀方法制备出传统的微波吸收材料(MAM)--橡胶板和FSS层, 然后利用它们合成多层微波吸波体(MMA)样品, 在NRL弓形法测试系统中测量该样品的反射率. 发现随着FSS层在传统吸波材料层中的引入, 确实可以增强整个多层吸波体在低频段的吸波性能. 实验结果显示, 当两个FSS层在多层吸波体中适当排列时, 可以在1 GHz得到一个–3.49 dB的反射率峰值, 最大反射峰值可达–9.35 dB, 这时的样品厚度是1.8 mm. 本研究为吸波材料的吸波性能向低频段的拓展提供了一种有效的方法.     

2006年度国家自然科学一等奖项目 介电体超晶格材料的设计、制备、性能和应用

南京大学闵乃本院士课题组经过近二十年的努力,研发的《介电体超晶格材料的设计、制备、性能和应用》项目凭借一系列创新点赢得了2006年度国家自然科学一等奖。该项目将超晶格概念推广到介电材料,研制成周期、准周期和二维调制结构介电体超晶格。深入研究了电磁波(光波与微波)与弹性波(超声波)     

三维螺旋超结构/介质的低频协同效应及其吸波蜂窝制备

目的 拓展蜂窝吸波材料的低频吸收性能，提出一种三维螺旋超结构复合吸波蜂窝的设计方法。方法 在吸波蜂窝中加载三维螺旋超结构，使用电磁场理论和等效电路理论定性分析螺旋超结构对复合蜂窝吸收性能的调控作用，以优化螺旋超结构的参数。结果 入射电磁波在螺旋超结构表面激发驻波电流，产生强烈的电共振和磁共振，与蜂窝损耗介质产生协同吸收效应，增强了吸波蜂窝的低频吸收性能。结论 仿真和实验结果表明，加载三维螺旋超结构使得吸波蜂窝的低频吸收性能显著增强，在1～6 GHz频段的平均反射损耗从-3 dB增强至-10 dB。     

介电型石墨烯吸波复合材料研究进展EI北大核心CSCD

石墨烯因其独特的介电特性、高比表面积、低密度等性质,被认为是新一代吸波材料的有力候选。然而,单一组分的石墨烯吸波性能不佳,因此近年来石墨烯基吸波复合材料成为研究热点。本文介绍石墨烯及其复合材料的吸波机理与特性,指出介电型石墨烯作为极具发展潜力的吸波复合材料具有轻质、高强、宽频、薄层的特点。从石墨烯基体与掺杂体两方面综述了介电型石墨烯吸波复合材料的研究进展。最后指出,开发损耗能力强的新型介电掺杂体、构筑多组分吸波复合材料体系、建立通用的设计方法以及探索大批量的制备方法是未来的研究方向。     

“超材料”结构吸波复合材料技术研究

研究了"超材料"结构吸波复合材料的制备技术及其力学性能与电性能。通过突破不同尺寸金属周期结构单元制备、金属周期结构单元转移、含金属周期结构单元吸波复合材料工艺参数优化等关键技术,制备出电性能和力学性能批次间稳定性良好的含多层金属周期结构单元的"超材料"结构吸波复合材料,"超材料"结构吸波复合材料在2~18GHz频率范围具有宽频高吸收的特性。     

基于遗传算法的介电梯度碳纳米管/环氧树脂吸波材料优化设计

将碳纳米管吸波剂超声分散到环氧树脂中,制备了碳纳米管/环氧树脂吸波材料。采用同轴法测试了2%、5%、9%(质量分数)碳纳米管/环氧树脂吸波材料电磁参数。随碳纳米管含量的增加,吸波材料的复介电常数不断增大。遗传算法优化设计的介电梯度碳纳米管/环氧树脂吸波材料最优结构为双层5%、9%(质量分数)碳纳米管/环氧树脂复合材料,其厚度分别为0.5146、1.3255mm,多层吸波材料反射率-5dB频带宽最大,为8.48GHz。     

粉煤灰富铁空心微珠制备球形结构吸波材料的仿真计算研究

利用对环境造成污染的废弃物粉煤灰中富铁空心微珠的电磁参数曲线设计了一种优化的球形堆积结构堆积吸波材料.电磁参数测试曲线表明,富铁空心微珠为一种介电性损耗材料.首先建立了球形不同堆积结构形成的吸波材料的模型并进行仿真,通过优化设计调整模型结构及其尺寸,获得混合半径的三层堆积结构为最优堆积结构,采用该堆积结构吸波材料的吸波效能在1～26GHz频段内最高为-9dB,且-5dB以上吸波效能的带宽为17GHz.将富铁空心微珠的电磁参数应用于该堆积结构中发现,采用富铁空心微珠制备球形颗粒时,该堆积结构的吸波材料厚度为6.5cm,吸波效能在1～18GHz频段内最高为-23dB,且-10dB以上吸波效能的带宽为14GHz.     

超材料吸波体及其3D打印制造研究进展

超材料吸波体由于其独特的电磁特性和较强的结构设计性等优点,成为电磁吸波领域的研究热点。而3D打印技术能够突破传统制造方式的缺陷,极大地提高设计自由度,因此利用其制备超材料能够实现结构与功能的一体化,逐渐成为超材料吸波体领域的重要发展方向。本文阐述了基于等效介质理论的超材料吸波体吸波机理,介绍了超材料吸波体在宽频吸波、极化和角度不敏感、动态可调性等方面的研究现状,进而归纳了3D打印超材料吸波体的研究进展以及现阶段3D打印超材料吸波体研究中存在的问题,并从吸波性能、结构设计、应用发展三个角度对3D打印超材料吸波体的未来发展进行了展望。