一种新型吸波材料―超材料

  隐(yin)身(shen)(shen)(shen)(shen)技术(shu)(shu)是指通(tong)过各种措施减(jian)小(xiao)目标特(te)性,降低敌人雷达发(fa)现概率的(de)一种综合(he)技术(shu)(shu)。隐(yin)身(shen)(shen)(shen)(shen)技术(shu)(shu)对于提高(gao)武(wu)器系(xi)统及作战平台生存(cun)能(neng)力(li)具有十(shi)分重要的(de)意义,已(yi)经(jing)成为(wei)军事(shi)领域发(fa)展的(de)重要方向之一。隐(yin)身(shen)(shen)(shen)(shen)技术(shu)(shu)包括外形隐(yin)身(shen)(shen)(shen)(shen)、材(cai)料(liao)隐(yin)身(shen)(shen)(shen)(shen)和电(dian)子对抗(kang)技术(shu)(shu),通(tong)过吸收或损耗(hao)电(dian)磁(ci)(ci)波(bo)能(neng)量(liang)来实现隐(yin)身(shen)(shen)(shen)(shen)的(de)目的(de)。其中材(cai)料(liao)隐(yin)身(shen)(shen)(shen)(shen)是指利用吸波(bo)材(cai)料(liao)来吸收探测(ce)电(dian)磁(ci)(ci)波(bo)的(de)一种隐(yin)身(shen)(shen)(shen)(shen)技术(shu)(shu),是目前最重要的(de)隐(yin)身(shen)(shen)(shen)(shen)途径(jing)。吸波(bo)材(cai)料(liao)可(ke)以将电(dian)磁(ci)(ci)干扰(rao)转化为(wei)热能(neng)而耗(hao)散掉,从(cong)而实现电(dian)磁(ci)(ci)屏蔽。性能(neng)优越的(de)吸波(bo)材(cai)料(liao)要求吸收强(qiang)、频带宽、质量(liang)轻且综合(he)性能(neng)好。传(chuan)统的(de)吸波(bo)材(cai)料(liao)有铁(tie)氧体(ti)、钛(tai)酸钡,碳化硅(gui)、石墨、导(dao)电(dian)纤维等(deng),它们通(tong)常都存(cun)在吸收频带窄或密(mi)度大的(de)缺点(dian)。

  近年来的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)发现(xian)(xian)(xian),电(dian)磁超(chao)(chao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)具有(you)奇异的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)调(diao)(diao)控的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)磁效(xiao)应(ying)(ying),能够实(shi)现(xian)(xian)(xian)对(dui)电(dian)磁波(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收(shou),为吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)开辟(pi)了一(yi)(yi)(yi)个全新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)领域(yu),成(cheng)为目前(qian)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)领域(yu)研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)个热(re)点(dian)。所谓超(chao)(chao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(Metamaterial),是21世纪物理(li)学领域(yu)出现(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)个新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)学术词汇,是指一(yi)(yi)(yi)些具有(you)天(tian)然材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)所不(bu)具备的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)常物理(li)性(xing)质(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)人工复合(he)结(jie)(jie)(jie)构(gou)或复合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。超(chao)(chao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)体(ti)(ti)(ti)是由(you)超(chao)(chao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)结(jie)(jie)(jie)构(gou)和(he)(he)介质(zhi)基板(ban)组成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)类复合(he)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。相对(dui)于传统(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao),超(chao)(chao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)体(ti)(ti)(ti)具有(you)厚(hou)度(du)薄(bo)、质(zhi)量轻、吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收(shou)强(qiang)(qiang)、频(pin)带(dai)可(ke)(ke)调(diao)(diao)以(yi)及(ji)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)电(dian)磁参数可(ke)(ke)设(she)计等(deng)诸(zhu)多(duo)优(you)(you)势,已经在(zai)隐身、成(cheng)像和(he)(he)探测等(deng)领域(yu)显(xian)示出重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)潜在(zai)应(ying)(ying)用价值(zhi)。通(tong)(tong)(tong)过优(you)(you)化结(jie)(jie)(jie)构(gou)模(mo)型,调(diao)(diao)控单(dan)元(yuan)(yuan)电(dian)谐(xie)(xie)振(zhen)和(he)(he)磁谐(xie)(xie)振(zhen),超(chao)(chao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)体(ti)(ti)(ti)可(ke)(ke)以(yi)实(shi)现(xian)(xian)(xian)与自由(you)空间的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)阻抗匹(pi)配,降低(di)(di)入射(she)(she)电(dian)磁波(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)反射(she)(she)率(lv)(lv),并利用结(jie)(jie)(jie)构(gou)单(dan)元(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)介质(zhi)损耗和(he)(he)欧(ou)姆损耗实(shi)现(xian)(xian)(xian)对(dui)电(dian)磁波(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)强(qiang)(qiang)烈吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收(shou)。这一(yi)(yi)(yi)机理(li)克服(fu)了衍射(she)(she)效(xiao)应(ying)(ying)给传统(tong)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)带(dai)来的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)厚(hou)度(du)限制(zhi),达到吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)轻薄(bo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)设(she)计要(yao)求(qiu)。这种(zhong)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)另一(yi)(yi)(yi)个显(xian)著优(you)(you)点(dian)在(zai)于不(bu)需要(yao)加载集(ji)总电(dian)阻作(zuo)为损耗层就可(ke)(ke)实(shi)现(xian)(xian)(xian)接近100%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)率(lv)(lv)。超(chao)(chao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)可(ke)(ke)以(yi)制(zhi)备多(duo)频(pin)带(dai)和(he)(he)宽(kuan)(kuan)频(pin)带(dai)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)体(ti)(ti)(ti)。据报(bao)道,一(yi)(yi)(yi)种(zhong)由(you)双(shuang)频(pin)带(dai)电(dian)谐(xie)(xie)振(zhen)子(zi)组成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)体(ti)(ti)(ti),在(zai)1.4THz吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收(shou)率(lv)(lv)为85%,在(zai)3THz吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收(shou)率(lv)(lv)为94%。另据报(bao)道,通(tong)(tong)(tong)过不(bu)同(tong)尺寸谐(xie)(xie)振(zhen)结(jie)(jie)(jie)构(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)叠(die)加,可(ke)(ke)以(yi)在(zai)太赫兹频(pin)段内使3个谐(xie)(xie)振(zhen)峰(feng)融(rong)合(he)成(cheng)1个宽(kuan)(kuan)频(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收(shou)带(dai),该吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)体(ti)(ti)(ti)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收(shou)率(lv)(lv)大于60%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)带(dai)宽(kuan)(kuan)为1.86THz。还(hai)有(you)报(bao)道基于集(ji)总元(yuan)(yuan)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)种(zhong)宽(kuan)(kuan)频(pin)带(dai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)体(ti)(ti)(ti),该吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)体(ti)(ti)(ti)在(zai)2.5~4.46GHz的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)低(di)(di)频(pin)带(dai)内具有(you)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收(shou)率(lv)(lv)超(chao)(chao)过90%,半高(gao)宽(kuan)(kuan)达到70%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)良好(hao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收(shou)特性(xing)。研(yan)究(jiu)还(hai)表明,基于双(shuang)层六边形密排的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)树枝型结(jie)(jie)(jie)构(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)波(bo)(bo)体(ti)(ti)(ti),通(tong)(tong)(tong)过优(you)(you)化设(she)计,可(ke)(ke)以(yi)获得在(zai)9.79~11.72GHz频(pin)率(lv)(lv)范围(wei)内高(gao)于90%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)收(shou)率(lv)(lv)。

  超(chao)(chao)材料(liao)既可(ke)以单(dan)独作(zuo)为吸(xi)(xi)(xi)(xi)波材料(liao)使用,也可(ke)以与传(chuan)统吸(xi)(xi)(xi)(xi)波材料(liao)复合。如通(tong)过在(zai)传(chuan)统吸(xi)(xi)(xi)(xi)波材料(liao)表面覆盖一层超(chao)(chao)材料(liao)的方法,不仅可(ke)以增强传(chuan)统吸(xi)(xi)(xi)(xi)波材料(liao)的吸(xi)(xi)(xi)(xi)波率(lv),而且可(ke)以改善极(ji)化(hua)对传(chuan)统吸(xi)(xi)(xi)(xi)波材料(liao)的影响。