超材料或将成为未来重要的吸波材料
超材料或将成为未来重要的吸波材料
近年来的研究发现，电磁超材料具有奇异的可调控的电磁效应，能够实现对电磁波的高吸收，为吸波材料的研究开辟了一个全新的领域，成为目前吸波材料领域研究的一个热点。所谓超材料（metamaterial），是21世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇，是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。超材料吸波体是由超材料结构和介质基板组成的一类复合吸波材料。
相对于传统的吸波材料，超材料吸波体具有厚度薄、质量轻、吸收强、频带可调以及材料电磁参数可设计等诸多优势，已经在隐身、成像和探测等领域显示出重要的潜在应用价值。通过优化结构模型，调控单元电谐振和磁谐振，超材料吸波体可以实现与自由空间的阻抗匹配，降低入射电磁波的反射率，并利用结构单元的介质损耗和欧姆损耗实现对电磁波的强烈吸收。这一机理克服了衍射效应给传统吸波材料带来的厚度限制，达到吸波材料轻薄的设计要求。这种材料的另一个显著优点在于不需要加载集总电阻作为损耗层就可实现接近100%的吸波率。超材料可以制备多频带和宽频带吸波体。
隐身技术包括外形隐身、材料隐身和电子对抗技术，通过吸收或损耗电磁波能量来实现隐身的目的。其中材料隐身是指利用吸波材料来吸收探测电磁波的一种隐身技术，是目前最重要的隐身途径。吸波材料可以将电磁干扰转化为热能而耗散掉，从而实现电磁屏蔽。性能优越的吸波材料要求吸收强、频带宽、质量轻且综合性能好。传统的吸波材料有铁氧体、钛酸钡，碳化硅、石墨、导电纤维等，它们通常都存在吸收频带窄或密度大的缺点。
据报道，一种由双频带电谐振子组成的超材料吸波体，在1.4thz吸收率为85%，在3thz吸收率为94%。另据报道，通过不同尺寸谐振结构的叠加，可以在太赫兹频段内使3个谐振峰融合成1个宽频的吸收带，该吸波体吸收率大于60%的带宽为1.86thz。还有报道基于集总元件的一种宽频带的超材料吸波体，该吸波体在2.5~4.46ghz的低频带内具有吸收率超过90%，半高宽达到70%的良好吸收特性。研究还表明，基于双层六边形密排的树枝型结构的超材料吸波体，通过优化设计，可以获得在9.79~11.72ghz频率范围内高于90%的吸收率。
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