一種新型吸波材料―超材料

  隱身技術(shù)是指通過(guò)各種措施減小目標(biāo)特性,,降低敵人雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率的一種綜合技術(shù),。隱身技術(shù)對(duì)于提高武器系統(tǒng)及作戰(zhàn)平臺(tái)生存能力具有十分重要的意義,已經(jīng)成為軍事領(lǐng)域發(fā)展的重要方向之一,。隱身技術(shù)包括外形隱身,、材料隱身和電子對(duì)抗技術(shù),,通過(guò)吸收或損耗電磁波能量來(lái)實(shí)現(xiàn)隱身的目的。其中材料隱身是指利用吸波材料來(lái)吸收探測(cè)電磁波的一種隱身技術(shù),,是目前最重要的隱身途徑,。吸波材料可以將電磁干擾轉(zhuǎn)化為熱能而耗散掉,從而實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽,。性能優(yōu)越的吸波材料要求吸收強(qiáng),、頻帶寬、質(zhì)量輕且綜合性能好,。傳統(tǒng)的吸波材料有鐵氧體,、鈦酸鋇,碳化硅,、石墨,、導(dǎo)電纖維等,,它們通常都存在吸收頻帶窄或密度大的缺點(diǎn)。

  近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn),,電磁超材料具有奇異的可調(diào)控的電磁效應(yīng),,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電磁波的高吸收,為吸波材料的研究開(kāi)辟了一個(gè)全新的領(lǐng)域,,成為目前吸波材料領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn),。所謂超材料(Metamaterial),是21世紀(jì)物理學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)的一個(gè)新的學(xué)術(shù)詞匯,,是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料,。超材料吸波體是由超材料結(jié)構(gòu)和介質(zhì)基板組成的一類(lèi)復(fù)合吸波材料。相對(duì)于傳統(tǒng)的吸波材料,,超材料吸波體具有厚度薄,、質(zhì)量輕、吸收強(qiáng),、頻帶可調(diào)以及材料電磁參數(shù)可設(shè)計(jì)等諸多優(yōu)勢(shì),,已經(jīng)在隱身、成像和探測(cè)等領(lǐng)域顯示出重要的潛在應(yīng)用價(jià)值,。通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型,,調(diào)控單元電諧振和磁諧振,超材料吸波體可以實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)單元的介質(zhì)損耗和歐姆損耗實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的強(qiáng)烈吸收。這一機(jī)理克服了衍射效應(yīng)給傳統(tǒng)吸波材料帶來(lái)的厚度限制,,達(dá)到吸波材料輕薄的設(shè)計(jì)要求,。這種材料的另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)在于不需要加載集總電阻作為損耗層就可實(shí)現(xiàn)接近100%的吸波率。超材料可以制備多頻帶和寬頻帶吸波體,。據(jù)報(bào)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?yè)?jù)報(bào)道,通過(guò)不同尺寸諧振結(jié)構(gòu)的疊加,,可以在太赫茲頻段內(nèi)使3個(gè)諧振峰融合成1個(gè)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(bào)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(nèi)具有吸收率超過(guò)90%,,半高寬達(dá)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(shù)枝型結(jié)構(gòu)的超材料吸波體,,通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì),,可以獲得在9.79~11.72GHz頻率范圍內(nèi)高于90%的吸收率。

  超材料既可以單獨(dú)作為吸波材料使用,,也可以與傳統(tǒng)吸波材料復(fù)合,。如通過(guò)在傳統(tǒng)吸波材料表面覆蓋一層超材料的方法,不僅可以增強(qiáng)傳統(tǒng)吸波材料的吸波率,,而且可以改善極化對(duì)傳統(tǒng)吸波材料的影響,。