一種新型吸波材料―超材料

  隱身(shen)(shen)技(ji)(ji)術(shu)是指通(tong)過各種(zhong)措施(shi)減小目(mu)(mu)標特性,降低敵人雷達(da)發(fa)現概率的(de)一(yi)種(zhong)綜合技(ji)(ji)術(shu)。隱身(shen)(shen)技(ji)(ji)術(shu)對(dui)于提高武器系(xi)統及作戰(zhan)平(ping)臺生存能(neng)(neng)力具(ju)有十分重要的(de)意(yi)義,已經成為軍事領(ling)域發(fa)展的(de)重要方(fang)向之一(yi)。隱身(shen)(shen)技(ji)(ji)術(shu)包括(kuo)外形隱身(shen)(shen)、材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)隱身(shen)(shen)和電子對(dui)抗技(ji)(ji)術(shu),通(tong)過吸(xi)(xi)收或(huo)損耗電磁(ci)波(bo)(bo)(bo)能(neng)(neng)量來實(shi)現隱身(shen)(shen)的(de)目(mu)(mu)的(de)。其(qi)中材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)隱身(shen)(shen)是指利用吸(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)來吸(xi)(xi)收探測電磁(ci)波(bo)(bo)(bo)的(de)一(yi)種(zhong)隱身(shen)(shen)技(ji)(ji)術(shu),是目(mu)(mu)前最重要的(de)隱身(shen)(shen)途徑。吸(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)可以將電磁(ci)干擾轉化(hua)(hua)為熱能(neng)(neng)而耗散掉,從而實(shi)現電磁(ci)屏蔽(bi)。性能(neng)(neng)優(you)越的(de)吸(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)要求吸(xi)(xi)收強、頻帶寬、質(zhi)量輕且綜合性能(neng)(neng)好(hao)。傳(chuan)統的(de)吸(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)有鐵氧體、鈦(tai)酸鋇(bei),碳化(hua)(hua)硅、石墨、導電纖維(wei)等(deng),它們通(tong)常都(dou)存在吸(xi)(xi)收頻帶窄或(huo)密度大的(de)缺(que)點(dian)。

  近(jin)年來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究發現(xian)(xian)(xian),電(dian)(dian)磁(ci)(ci)超(chao)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)具(ju)有(you)(you)奇異的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)調(diao)控的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)效(xiao)應(ying),能夠實(shi)(shi)現(xian)(xian)(xian)對電(dian)(dian)磁(ci)(ci)波(bo)(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收,為吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究開辟了一(yi)個(ge)(ge)全新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)領(ling)(ling)域(yu),成為目前吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)領(ling)(ling)域(yu)研(yan)究的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)(ge)熱點。所謂(wei)超(chao)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(Metamaterial),是(shi)21世紀物理(li)學領(ling)(ling)域(yu)出(chu)現(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)(ge)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)學術詞(ci)匯,是(shi)指一(yi)些(xie)具(ju)有(you)(you)天然材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)所不(bu)具(ju)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)常物理(li)性質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)人(ren)工復(fu)(fu)合結(jie)(jie)(jie)構或復(fu)(fu)合材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)。超(chao)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)體(ti)是(shi)由超(chao)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)結(jie)(jie)(jie)構和(he)介質(zhi)基(ji)板(ban)組(zu)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)類復(fu)(fu)合吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)。相對于(yu)(yu)傳統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao),超(chao)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)體(ti)具(ju)有(you)(you)厚度薄(bo)、質(zhi)量輕、吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收強(qiang)、頻(pin)(pin)(pin)帶(dai)(dai)可(ke)調(diao)以(yi)(yi)(yi)及材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)參數可(ke)設計(ji)等(deng)諸多優(you)(you)勢,已經在(zai)隱身、成像和(he)探測等(deng)領(ling)(ling)域(yu)顯示(shi)出(chu)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)潛(qian)在(zai)應(ying)用(yong)價值。通(tong)過(guo)(guo)優(you)(you)化(hua)結(jie)(jie)(jie)構模型,調(diao)控單(dan)元電(dian)(dian)諧(xie)振(zhen)(zhen)和(he)磁(ci)(ci)諧(xie)振(zhen)(zhen),超(chao)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)體(ti)可(ke)以(yi)(yi)(yi)實(shi)(shi)現(xian)(xian)(xian)與自由空間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)阻(zu)抗(kang)匹配,降低入射(she)(she)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)波(bo)(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)反(fan)射(she)(she)率,并利用(yong)結(jie)(jie)(jie)構單(dan)元的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)介質(zhi)損(sun)(sun)耗(hao)和(he)歐姆損(sun)(sun)耗(hao)實(shi)(shi)現(xian)(xian)(xian)對電(dian)(dian)磁(ci)(ci)波(bo)(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)烈吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收。這一(yi)機理(li)克服了衍(yan)射(she)(she)效(xiao)應(ying)給傳統吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)帶(dai)(dai)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)厚度限制,達(da)到吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)輕薄(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設計(ji)要求。這種材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)另(ling)一(yi)個(ge)(ge)顯著優(you)(you)點在(zai)于(yu)(yu)不(bu)需要加載集(ji)總電(dian)(dian)阻(zu)作(zuo)為損(sun)(sun)耗(hao)層就可(ke)實(shi)(shi)現(xian)(xian)(xian)接近(jin)100%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)率。超(chao)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)可(ke)以(yi)(yi)(yi)制備(bei)多頻(pin)(pin)(pin)帶(dai)(dai)和(he)寬(kuan)頻(pin)(pin)(pin)帶(dai)(dai)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)體(ti)。據報(bao)道,一(yi)種由雙頻(pin)(pin)(pin)帶(dai)(dai)電(dian)(dian)諧(xie)振(zhen)(zhen)子組(zu)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)體(ti),在(zai)1.4THz吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收率為85%,在(zai)3THz吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收率為94%。另(ling)據報(bao)道,通(tong)過(guo)(guo)不(bu)同尺寸(cun)諧(xie)振(zhen)(zhen)結(jie)(jie)(jie)構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)疊加,可(ke)以(yi)(yi)(yi)在(zai)太赫(he)茲頻(pin)(pin)(pin)段內使(shi)3個(ge)(ge)諧(xie)振(zhen)(zhen)峰融合成1個(ge)(ge)寬(kuan)頻(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收帶(dai)(dai),該吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)體(ti)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收率大于(yu)(yu)60%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)帶(dai)(dai)寬(kuan)為1.86THz。還(huan)有(you)(you)報(bao)道基(ji)于(yu)(yu)集(ji)總元件的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)種寬(kuan)頻(pin)(pin)(pin)帶(dai)(dai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)體(ti),該吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)體(ti)在(zai)2.5~4.46GHz的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)低頻(pin)(pin)(pin)帶(dai)(dai)內具(ju)有(you)(you)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收率超(chao)過(guo)(guo)90%,半高寬(kuan)達(da)到70%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)良好吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收特性。研(yan)究還(huan)表明(ming),基(ji)于(yu)(yu)雙層六邊形密排的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)樹枝型結(jie)(jie)(jie)構的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)(bo)體(ti),通(tong)過(guo)(guo)優(you)(you)化(hua)設計(ji),可(ke)以(yi)(yi)(yi)獲(huo)得在(zai)9.79~11.72GHz頻(pin)(pin)(pin)率范圍內高于(yu)(yu)90%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收率。

  超材(cai)(cai)料(liao)既可以(yi)(yi)單獨作為吸(xi)(xi)波(bo)材(cai)(cai)料(liao)使用,也可以(yi)(yi)與傳(chuan)(chuan)統(tong)(tong)吸(xi)(xi)波(bo)材(cai)(cai)料(liao)復合(he)。如通(tong)過在(zai)傳(chuan)(chuan)統(tong)(tong)吸(xi)(xi)波(bo)材(cai)(cai)料(liao)表面覆蓋一(yi)層超材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)方法(fa),不僅可以(yi)(yi)增強傳(chuan)(chuan)統(tong)(tong)吸(xi)(xi)波(bo)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)吸(xi)(xi)波(bo)率,而且(qie)可以(yi)(yi)改(gai)善(shan)極化對傳(chuan)(chuan)統(tong)(tong)吸(xi)(xi)波(bo)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)影(ying)響。