淺談電磁超材料吸收器的研究進(jìn)展.doc

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1、淺談電磁超材料吸收器的研究進(jìn)展［摘要］文章通過介紹電磁超材料吸收器，闡述電磁超材料吸收器的結(jié)構(gòu)與原理，對相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展展開探討，旨在為相關(guān)人員基于電磁超材料吸收器及電磁超材料吸收器的結(jié)構(gòu)與原理的電磁超材料吸收器的研究進(jìn)展研究適用提供一些思路。［關(guān)鍵詞］電磁超材料吸收器；結(jié)構(gòu)；原理；研究進(jìn)展中圖分類號：TN21文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-914X(2016)06-0350-01引言電磁超材料(Metamaterial)是一種有著天然材料所不擁有的超常電磁性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或者復(fù)合材料，口此類性質(zhì)大多來源于人工的特殊結(jié)構(gòu)［1］

2、。以電磁超材料為基礎(chǔ)的電磁超材料吸收器是近些年的研究熱點(diǎn),文章將對電磁超材料吸收器的研究進(jìn)展展開探討。1.電磁超材料吸收器電磁超材料指的是一種有著天然材料所不擁有的超常電磁性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或者復(fù)合材料，近些年關(guān)于電磁超材料的研究得到專家學(xué)者的廣泛熱點(diǎn)關(guān)注。該種材料一個備受關(guān)注的應(yīng)用領(lǐng)域是電磁波“完美吸收器”，完美吸收器相關(guān)理論是通過Lemdy等在2008年首次提出，這種以電磁超材料為基礎(chǔ)的電磁諧振吸收器，是經(jīng)由科學(xué)制定器件的物理尺寸、材料參數(shù)，可以同入射電磁波電磁分量形成耦合，進(jìn)一步對入射至吸收器的特定頻帶內(nèi)的電磁波達(dá)成全面的吸

3、收?，F(xiàn)階段，電磁超材料吸收器潛在應(yīng)用領(lǐng)域分別有電磁隱身、測輻射熱儀及熱發(fā)射籌。1.電磁超材料吸收器的結(jié)構(gòu)與原理2.1電磁超材料吸收器結(jié)構(gòu)由Landy等在2008年所提出的電磁超材料吸收器屬于一類三層式結(jié)構(gòu)吸收器，憑借其近乎完全的電磁波窄帶吸收率，又被稱作完美吸收器。將一個典型單元作為示例，此類吸收材料有著三層結(jié)構(gòu)，分別為金屬條底層、隔離層二層以及超材料三層，如圖1所示。首次研發(fā)的該種吸收材料在生成期間耍經(jīng)歷數(shù)次光刻、對準(zhǔn)，生成較為繁雜，就特定頻率電磁波而言，其最大吸收可到70個百分點(diǎn)。緊接著，由TA0等研發(fā)出一類改良的電磁超材料吸

4、收器，相較于首次提出的材料吸收器，其底層結(jié)構(gòu)由連續(xù)金屬薄膜替代了金屬條。此種吸收器在生成期I'可僅需通過一個光刻環(huán)節(jié)，使得光刻、對準(zhǔn)得到極大簡化。2.2電磁超材料吸收器的原理于Landy等首次提出電磁超材料吸收器結(jié)構(gòu)后，相關(guān)研究人員研發(fā)出電磁超材料吸收器的傳輸線模型，同時具體闡述了其對應(yīng)工作原理。如圖2所示，這一模型中存在三方面設(shè)定，設(shè)定一：橫向電磁波經(jīng)空間固有阻抗為Zi、經(jīng)襯底固有阻抗為Zo；設(shè)定二：受頂層電開口諧振環(huán)層與底層線條相互介電層的等效電感、電容一定要計(jì)算在內(nèi)影響，使得應(yīng)當(dāng)對此兩層展開模擬；設(shè)定三：入射電磁波電磁方向與

5、電開口諧振環(huán)開口相互平行。在此模型中，R1R2、L1L2、C1C2對頂層電開口諧振環(huán)層結(jié)構(gòu)LC共振、偶極子共振進(jìn)行了模擬，R3、L3、C3對底層cut-wire結(jié)構(gòu)共振特性進(jìn)行了模擬。此模型有效呈現(xiàn)了電磁波經(jīng)異向介質(zhì)吸收器的反射、透射特性。2.相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展3.1可調(diào)諧型吸收器(1)借助V02薄膜實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧吸收。于三層式結(jié)構(gòu)吸收器超材料三層和隔離層二層相互間，置入一層V02薄膜層，其具備絕緣-金屬相變特性，可借助熱產(chǎn)生V02薄膜相變反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)對電池超材料吸收器吸收率的調(diào)節(jié)。如圖3所示，于金屬、電介質(zhì)中置入一層V02薄膜層，

6、經(jīng)調(diào)節(jié)外部溫度，進(jìn)一步能夠控制V02薄膜層相變特性，將溫度調(diào)節(jié)至68°C時，V02薄膜層將由金屬特性代替絕緣體特性，進(jìn)一步使得對應(yīng)電導(dǎo)率出現(xiàn)很大程度轉(zhuǎn)變，調(diào)節(jié)電磁超材料吸收性能。(2)借助二極管實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧吸收。相關(guān)研究指出，借助二極管可促進(jìn)于微波波段的超材料可調(diào)諧吸收，如圖4所示，于一個結(jié)構(gòu)單元中存在兩個開口環(huán)結(jié)構(gòu)，它們由一個二極管直接連接，此可調(diào)諧型吸收器同樣為三層式結(jié)構(gòu)，由兩個共振模式構(gòu)成，分別為偶極共振、ELC共振；置于二極管處的電壓不僅可為止向電壓，也可為方向電壓，兩種狀態(tài)使得電磁超材料耦合特性發(fā)生轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步使得電磁超材

7、料吸收性能發(fā)生轉(zhuǎn)變。1.2雙頻及多頻吸收器現(xiàn)階段，關(guān)于多頻吸收器的研究多以雙頻吸收器、三頻吸收器以及四頻吸收器等為主。以三頻吸收器為例，其屬于基于雙頻吸收器的有效延伸,相關(guān)某類三頻TIIz吸收器的研究指出，其由單頻吸收、雙頻吸收組成，三頻吸收器結(jié)構(gòu)如圖5所示。研究表明，于0?29THz、0.46THZ、0.92THz有著顯著的吸收，在圖5的結(jié)構(gòu)中，各個開口環(huán)之間的相互耦合于共振期間發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用。3.3寬頻吸收器與此同時，寬頻吸收器同樣是長時間以來的研究關(guān)注點(diǎn)。有一種具備全方血、極化不敏感特性的太赫茲波寬頻吸收器結(jié)構(gòu)，如圖6

8、所示。上部結(jié)構(gòu)屬于吸收器陣列單元中的一個，于2.4pin厚度聚合物雙層鍍上0.2Pm厚度的金膜，并于一層刻上十字形狀的圖樣；下部結(jié)構(gòu)屬于類似多層結(jié)構(gòu)，受吸收頻率受金屬線線寬很大程度影響，因此要想達(dá)成對各種頻率波進(jìn)行有效吸收的目的，就應(yīng)當(dāng)對各層結(jié)構(gòu)中