超材料或將成為未來重要的吸波材料
超材料或將成為未來重要的吸波材料
近年來的研究發現，電磁超材料具有奇異的可調控的電磁效應，能夠實現對電磁波的高吸收，為吸波材料的研究開辟了一個全新的領域，成為目前吸波材料領域研究的一個熱點。所謂超材料（Metamaterial），是21世紀物理學領域出現的一個新的學術詞匯，是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料。超材料吸波體是由超材料結構和介質基板組成的一類復合吸波材料。
相對于傳統的吸波材料，超材料吸波體具有厚度薄、質量輕、吸收強、頻帶可調以及材料電磁參數可設計等諸多優勢，已經在隱身、成像和探測等領域顯示出重要的潛在應用價值。通過優化結構模型，調控單元電諧振和磁諧振，超材料吸波體可以實現與自由空間的阻抗匹配，降低入射電磁波的反射率，并利用結構單元的介質損耗和歐姆損耗實現對電磁波的強烈吸收。這一機理克服了衍射效應給傳統吸波材料帶來的厚度限制，達到吸波材料輕薄的設計要求。這種材料的另一個顯著優點在于不需要加載集總電阻作為損耗層就可實現接近100%的吸波率。超材料可以制備多頻帶和寬頻帶吸波體。
隱身技術包括外形隱身、材料隱身和電子對抗技術，通過吸收或損耗電磁波能量來實現隱身的目的。其中材料隱身是指利用吸波材料來吸收探測電磁波的一種隱身技術，是目前最重要的隱身途徑。吸波材料可以將電磁干擾轉化為熱能而耗散掉，從而實現電磁屏蔽。性能優越的吸波材料要求吸收強、頻帶寬、質量輕且綜合性能好。傳統的吸波材料有鐵氧體、鈦酸鋇，碳化硅、石墨、導電纖維等，它們通常都存在吸收頻帶窄或密度大的缺點。
據報道，一種由雙頻帶電諧振子組成的超材料吸波體，在1.4THz吸收率為85%，在3THz吸收率為94%。另據報道，通過不同尺寸諧振結構的疊加，可以在太赫茲頻段內使3個諧振峰融合成1個寬頻的吸收帶，該吸波體吸收率大于60%的帶寬為1.86THz。還有報道基于集總元件的一種寬頻帶的超材料吸波體，該吸波體在2.5~4.46GHz的低頻帶內具有吸收率超過90%，半高寬達到70%的良好吸收特性。研究還表明，基于雙層六邊形密排的樹枝型結構的超材料吸波體，通過優化設計，可以獲得在9.79~11.72GHz頻率范圍內高于90%的吸收率。
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