超材料对电磁波的极化转换及不对称传输研究进展

超材料新颖的电磁特性使它在许多领域都具有潜在的应用价值,如极化旋转器、类二极管等光子器件。综述了超材料中电磁波的极化转换的研究进展,包括线极化波之间、线极化波和圆极化波之间、圆极化波之间的相互极化转换,以及超材料的线极化波和圆极化波的不对称传输,并阐明了利用类Fabry-Perot谐振腔增强线极化波和圆极化波的不对称传输效应的机制。     

基于有源超材料的可调超薄雷达吸波体研究

在超材料结构中引入电阻和有源变容二极管,通过合理设计微结构型式以及微结构之间的连线方式,实现吸波频带的动态可调,研究电阻、电容和入射波极化方向对吸波特性的影响。结果表明:通过改变外加电压调整超材料的吸收频段,在3.7倍频带范围内实现吸波频段的主动自调节;吸波体的总厚度仅为波长的1/181,相比于传统吸波材料,在同等吸波性能条件下,表现出了优异的超薄特性;TE和TM极化电磁波表现出相同的吸波效果,即吸波特性对入射波的极化方向不敏感。     

三层石墨烯吸波体熔融沉积成形及层间材料分布对吸波性能的影响

利用熔融沉积成形技术快速制备了石墨烯/聚乳酸和石墨烯/四氧化三铁/聚乳酸两类复合吸波材料和三层石墨烯吸波体，测试了复合材料的电磁参数，计算了反射率；利用CST仿真与实验研究了吸波剂层间分布及孔洞结构对三层石墨烯吸波体吸波性能的影响。结果表明：对复合材料而言，双组元吸波剂的吸波性能更佳，但难以与石墨烯单组元吸波剂形成良好的阻抗匹配；对三层石墨烯吸波体而言，石墨烯呈均匀梯度分布(石墨烯加入量分别为5%、7%、9%(均为质量分数，下同)),可获得最佳的吸波效果；周期性孔洞结构的存在，一方面增加了反射界面数量，产生更多的边缘散射效应与多重共振耦合，另一方面通过改善阻抗匹配使石墨烯呈非均匀梯度分布(石墨烯加入量分别为7%、7%、9%)时实现Ku波段(12～18 GHz)全覆盖有效吸收(反射率小于-10 dB),为微波频段高效吸收提供了参考。     

超表面的电磁特性研究进展

超表面由于具有自然界不存在的独特电磁特性而引起了人们极大的兴趣,它是占有更少物理空间,提供更小损耗,更容易被制造的一类超材料。简要介绍了超表面的概念和背景,并着重阐述了超表面结构在微波段、太赫兹波段以及光频段的模拟计算及实验研究进展。这些超表面在微波、光波、光电子器件中具有潜在的应用价值。     

结构无序化对吸波超材料性能的影响

近年来,超材料由于其独特的电磁响应特性得到了世界各国研究者的关注,并得到了广泛的应用,其中,用于电磁波吸收是研究重点之一。通常情况下超材料由结构单元按照周期排列构成,然而最近无序结构超材料引起了研究者的关注,因为它们表现出了一些比传统周期结构超材料更加优异的性能。为此,系统研究了关键结构参数无序化对短切线吸波超材料性能的影响。结果表明,短切线长度的无序化可拓展吸波带宽,为宽带吸波材料的设计提供了一种思路,空间取向的无序化可使得短切线吸波超材料电磁特性由单极化响应向任意极化响应转变,而空间位置的无序化则对吸波性能的影响可忽略不计,在微波频段进行了数值仿真和实验测试的验证,并分析与讨论了无序吸波超材料在工程领域的应用前景。提出的方法对其他结构以及频段的吸波超材料也有重要的参考。     

水基吸波超材料的研究进展

吸波超材料已经成为国内外电磁隐身和防护领域的研究热点,并取得了一系列重要的研究成果。超材料独有的人工周期性结构能够引发特异的电磁特性,从而满足吸波器件“薄、轻、宽、强”的综合性能要求,其中宽频吸波仍然是超材料吸波器件设计的难点。与传统金属基吸收体相比,水在微波频段特有的频散效应有助于实现水基吸波体在此频率范围内的高效吸收。近年来,宽频水基吸波超材料已经取得了一定的突破,但依旧存在一些问题需进行总结分析。本文综述了近年来水基吸波超材料的重要研究进展,按照吸波介质与结构特性,分类介绍了基于单纯水、水溶液和复合型水基吸波超材料的主要特征,展开说明了水基吸波超材料在微波频段的应用优势,并在此基础上展望了水基吸波超材料多功能化的研究趋势。     

P波段吸波材料研究进展

吸波材料的出现极大改善了电磁环境,提升了武器装备的作战效能,但随着P波段探测技术的迅猛发展,研究具有"薄、宽、轻、强"特性的P波段吸波材料有着非常重要的意义。针对目前吸波材料存在的低频瓶颈,对传统吸波材料和超材料吸波体,从影响P波段吸收性能的因素及研究现状两方面进行了综述,并对未来P波段吸波材料的发展方向进行了总结与展望。     

超材料在完美吸波器中的应用

超材料的电磁响应不仅由其构成材料决定,更与其谐振单元的微结构和排列组合息息相关,基于电磁超材料的完美吸波器(Perfect Metamaterial Absorber,PMA)通过设计合理的谐振器微结构可实现对特定频段电磁波的100%吸收。PMA具备设计灵活、响应可调、吸波强、频带宽、厚度薄、质量轻等诸多优点,可广泛用于隐身材料、频率选择表面、太赫兹成像、微型天线、智能通信、电磁波探测及调控等领域。本文在结合国内外研究现状的基础上综述了基于PMA发展历程、结构特征、制备工艺、性能测试等,以期获得对PMA更为深刻和全面的理解。最后对PMA的发展趋势、应用前景和亟待解决的问题做了探讨,具备多功能的主动智能PMA和基于新工艺、新材料的新型PMA将是未来的发展趋势。     

石墨烯复合吸波材料的研究进展及未来发展方向

吸波材料是解决电磁波辐射污染的有效手段和影响雷达隐身的关键因素,该材料的研究对军用和民用都具有非常重要的意义,因此它一直是各国尖端科技的重要研究方向之一。自石墨烯被首次发现,学术界便掀起了对二维材料的研究热潮,相关学者开展了各类型石墨烯复合材料的研究,且在吸波领域的理论研究和新型吸波材料的开发取得了突出成果,短短几年时间内,石墨烯已经成为了新型复合吸波材料的研究热点。相比铁氧体、炭黑等传统吸波材料,石墨烯应用于吸波材料具有以下优势:(1)独特的二维材料性质、巨大的性能可调控工作表面;(2)良好的导电性以及特殊的边界效应。然而,单纯以石墨烯作为吸波剂的吸波材料,其性能测试结果与预期值存在显著差距,无法实现开发一种新型轻质、高效吸波材料的预期目标。因此,近三年来石墨烯复合吸波材料的研究重点主要集中在石墨烯二维结构的吸波机理和石墨烯/磁损耗型复合吸波材料的制备,研究者主要从选择合适的磁性纳米成分和优化制备工艺方面不断探索,并取得了丰硕的成果,深度挖掘出石墨烯对电磁波的潜在吸波性能。目前,通过优化石墨烯复合吸波材料组分已基本可以实现2～18 GHz频段范围内反射率小于-10 dB。对于石墨烯电磁波吸收机理的研究,主要依托其二维结构,应用密度泛函理论和原子-键电负性均衡理论模型来探索本征石墨烯和掺杂石墨烯的构型;在较高性能的石墨烯复合吸波材料制备过程中已取得成功应用的磁性纳米成分包括四氧化三铁、铁酸镍、硫化镉等。其中,以四氧化三铁、氧化铁为代表的铁氧体应用得最早;随着共沉淀法、溶剂热法等制备方法的不断成熟,各类新型磁性纳米颗粒可以与石墨烯复合,使之兼具磁损耗和电损耗能。近两年,相关学者将超材料的思想引入石墨烯复合吸波材料的研发中,以结构设计为手段,实现了新型透明石墨烯复合吸波材料的制备。此外,由于石墨烯自身的功能特性,石墨烯复合吸波材料大多也具有高效的热传导性能和良好的结构强度,可以实现材料的结构功能一体化。本文归纳总结了石墨烯复合吸波材料的研究历程和最新研究进展,介绍了石墨烯复合吸波材料的二维结构吸波机理、磁性掺杂成分的选择、大尺寸材料的制备工艺,分析了石墨烯复合吸波材料亟需解决的问题并展望其未来发展前景,以期为制备"宽薄轻强"的新型石墨烯复合吸波材料提供参考。     

面向5G毫米波的绿色多性能电磁屏蔽材料

为解决5G毫米波带来的电磁辐射及现有电磁屏蔽材料造成的环境二次污染、高雷达散射截面、光学不透明和难以共形等问题，本文以超材料吸波体为基础，提出了一个满足绿色屏蔽指数g_s≥1的低雷达散射截面、光学透明和柔性多性能电磁屏蔽材料。该电磁屏蔽材料属于人工可设计的多层结构，使用透明导电材料氧化铟锡作为周期性谐振单元结构和底层铺地所用材料，透明材料聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氯乙烯作为介质层。仿真和实验结果一致性表明：该屏蔽材料在22～30 GHz频段内可实现未共形与共形角度60°状态>30 dB的绿色有效电磁屏蔽及>5 dB的雷达散射截面(RCS)缩减。理论推导的等效电路、等效参数和场分布论证了吸收屏蔽的原理。该绿色多性能电磁屏蔽材料精确覆盖了毫米波n257、n258和n261频段，可有效解决这些频段带来的电磁干扰问题。     

新型吸波材料研究动态

综述了目前国内外新型吸波材料的研究动态，介绍了吸波材料的吸波原理和新型吸波材料，包括吸波涂层材料如铁氧体、纳米吸波材料、手性材料、雷达红外兼容吸波材料、等离子吸波材料及结构型吸波材料的最新研究现状。     

武汉光电国家实验室在石墨烯阵列中的增强吸收研究方面取得新进展

<正>石墨烯作为一种新型二维材料,具有电导率可控、电子迁移率高和易于与其它光学器件集成的特点,近年来吸引了研究者的广泛关注。在可见光波段,石墨烯具有饱和吸收特性,仅能吸收2.3%的入射光能,限制了其在光电子器件上的应用。武汉光电国家实验室超快光学团队陆培祥教授、王兵教授、博士生柯少林等针对十字形石墨烯阵列结构进行了系统的数值模拟。研究表明,在红外和太赫兹波段,阵列结构中产生的表面等离激元共振可以有效地     

手性吸波材料研究进展

手性吸波材料是近年来发展起来具有良好吸波性能的隐身材料,它具有手性参数可调、吸波频带宽等优点。通过对材料手性参数的调整,可以达到预期吸波效果,使吸波材料的制作更具有针对性。对手性吸波材料的吸波机理进行了阐述,综述了3种常见的手性吸波材料——金属手性微体、螺旋炭纤维和手性导电高聚物的研究进展,并对其发展前景进行了展望。     

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...     

螺旋形碳纤维结构吸波材料的制备及其吸波性能研究

用基板法以乙炔为碳源,镍板为催化剂,PCl3为助催化剂,通过化学气相沉积制备了螺旋形碳纤维手性吸收剂,并研究了其在2～18GHz的微波电磁特性:具有较高的介电损耗,电磁参数随频率的增大有减小的趋势,有利于实现宽频吸波。以螺旋形碳纤维作为吸收剂制备了Nomex蜂窝夹芯结构吸波材料,复合材料的厚度为9.5mm时,在3.76～18GHz反射率R<-10dB,反射率<-10dB的频宽为14.24GHz;最大吸收峰在10.4GHz,反射率R为-21.62dB。探讨了螺旋形碳纤维的吸波机理,螺旋形碳纤维是一种非常有发展前景的手性吸收剂和吸波材料。     

铁磁材料/石墨烯复合吸波涂层织物的研究进展

随着信息时代的到来,电磁波在生活中无处不在,在给人们生活带来便利的同时,对人体健康的威胁也不容忽视,吸波织物可作为人类的保护衣,使其免受电磁波的危害.铁磁材料是一种以磁滞损耗、涡流损耗等磁损耗为主,同时兼具部分介电损耗能力的吸波材料,具有吸收强度高、吸收频带宽的优点.然而其抗氧化性与酸碱性差、密度大、匹配厚度大、温度稳定性差,但可通过用其他材料包覆铁磁材料形成壳核结构,这样不仅提高了其抗氧化和耐腐蚀能力,而且壳核之间形成界面极化使吸波性能提高.石墨烯自面世以来受到了广大学者的关注,其比表面积大、表面原子比例高、悬挂键多,可通过界面极化和多重散射吸收电磁波,但正因为比表面积和分子间作用力过大,导致与其他物质复合时易团聚,限制了其应用.可用Hummers法制备氧化石墨烯,再用还原剂还原,得到有较多结构缺陷及含氧官能团残留、溶解性和分散性好的还原氧化石墨烯.将铁磁材料和石墨烯复合负载到织物上,可制备出双损耗、吸收频带宽的吸波涂层织物.大多数研究者将吸波材料的种类作为研究重点,而忽略了吸波涂层对吸波效果的影响.如可利用铁磁材料的磁性和易腐蚀性质,对涂层进行粗糙度处理,增强多重反射或形成活性位点,使涂层织物吸波性能得到进一步提高.本文针对铁磁材料/石墨烯复合吸波涂层织物的研究现状,简述了铁磁材料和石墨烯的结构及吸波原理,重点阐述了铁磁材料和石墨烯吸波涂层负载到织物上的方法和研究进展,最后总结了吸波涂层优化方法.     

吸波超材料研究进展

吸波超材料由于其独特的电磁特性,在过去十几年内成为吸波功能材料领域的研究热点。本文通过对近些年吸波超材料报道的归纳总结,对吸波超材料的研究进展进行介绍。经过多年来的发展,吸波超材料从最初的单一功能窄频段吸波特性逐渐向宽频带、宽角度入射、可智能调节等多功能方向发展,而在吸波频段的研究也由微波频段扩展至太赫兹、近红外、可见光等频段。对不同类型的吸波超材料分别进行介绍,对于不同特点吸波超材料的制备、设计方法和工作原理进行总结,最后对吸波超材料的发展方向进行了展望。      

宽带吸波超材料的研究进展

宽带吸波材料在隐身、电磁屏蔽和兼容等领域具有重要应用价值。受制于材料的电磁频散,传统吸波材料的低频吸收性能难以进一步提升。近年来发展的吸波超材料由于具有不同于传统材料的吸波原理而广受关注。简要概述了吸波超材料的性能、结构及特点,重点介绍了吸波超材料的新型吸收机制及宽带吸波超材料的最新研究成果,最后对其今后的发展方向做了展望。     

手性材料及其在隐身吸波材料中的应用

介绍了手性的概念、特点、制备方法及其作为隐身吸波材料的优缺点,手性吸波材料计算机辅助设计以及目前研究中存在的问题。     

石墨烯基吸波材料的研究进展

诸如铁氧体、磁性金属粒子及其合金等传统吸波材料,密度大、环境稳定性差、对电磁波的吸收弱以及吸收频带窄的缺陷限制了其在吸波领域的应用,而石墨烯因其较高的机械强度、较小的密度以及优异的介电性能受到了吸波材料领域众多学者的关注;但由于石墨烯的阻抗匹配性能较差,损耗机制比较单一,导致其吸波性能较差,因此,研究人员通常将石墨烯与其他介电损耗型或者磁损耗型材料复合来增强其吸波性能,此外对吸波剂的结构进行合理的设计也是增强其吸波性能的有效途径。结合国内外的发展状况,对石墨烯基吸波材料的制备以及性能研究做了综述性介绍,并展望了未来石墨烯基吸波材料的发展方向。