超材料吸波体的高灵敏度微波传感器

超材料吸波体具有超薄和强谐振等特点,可用于高灵敏度传感。设计了微波段可用于检测介质折射率的超材料吸波体传感器,通过仿真设计和参数优化,得到了工作频段内单频点谐振、高吸收的吸波结构,分析了其吸波机理。吸波体表面加盖不同折射率的介质板,会导致谐振吸收频点发生不同幅度的频移,经分析,当介质板厚度大于2mm时,谐振吸收频点偏移仅与待测板折射率有关。通过对仿真数据进行拟合,得到了谐振频率与折射率之间的线性函数关系并分析了传感器的性能,最后实验验证了二者的函数关系。设计的超材料吸波体传感器灵敏度达到了1 592MHz/RIU,FoM值达到7.026 9/RIU。     

具有低频传感和高频宽带吸收功能的超材料吸波体设计

基于钛酸锶和电阻膜设计了一种多层结构的具有低频传感和高频宽带吸波功能的超材料吸波体.超材料吸波体在低频1.09 GHz处产生了一个可用于传感测量的吸收峰;在高频9.2～10.9 GHz之间产生了一个宽带吸收峰,带宽达1.7 GHz.通过对超材料吸波体吸收频率处的表面电流分布进行监控,阐述了低频和高频处的吸波机理.仿真计算结果证实,吸波体在低频和高频处的吸波特性是极化无关的,但是对入射角度是敏感的.超材料吸波体具有结构简单、功能多等优点,在传感测量、探测和电磁隐身等领域具有潜在的应用价值.     

鱼刺状宽带超材料吸波体设计研究

实现宽带吸收是超材料吸波体研究面临的主要问题之一.基于此设计了鱼刺状宽带超材料吸波体,采用商业电磁仿真软件Microwave studio CST对超材料吸波体的吸收性能进行了计算和分析,结果表明设计的鱼刺状超材料吸波体可以在较宽的频率范围内实现电磁波的高吸收,在89.68~94.36GHz之间吸收率保持在90%以上.结构单元具有简单、较容易制备等优点.     

基于双层电阻膜的宽频带超材料吸波体设计

设计了一种基于双层电阻膜的宽频带、极化不敏感和宽入射角的超材料吸波体,该吸波体结构单元依次由圆环电阻膜、介质基板、圆环电阻膜、介质基板和金属背板组成。采用时域有限差分算法对其进行数值模拟分析,仿真得到的反射率和吸收率表明:该吸波体在11.5～20.3 GHz范围内对入射电磁波有大于90%以上的强吸收特性。仿真得到的不同极化角和不同入射角表明该吸波体具有极化不敏感和宽入射角特性。进一步仿真得到各个结构参数对吸收率的影响表明:该双层电阻膜结构吸波体对电磁波的吸收主要是基于电路谐振机制,通过对介质基板厚度和电阻膜宽度、电阻值的设计可以对频率范围和工作带宽进行调节,使吸波体实现超宽带吸收。     

基于集总电阻的超宽频带超材料吸波体设计

设计了基于集总电阻的超宽频带微波超材料吸波体,并通过仿真和实验进行了验证.依据等效媒质理论,通过S参数反演法计算了加载集总电阻的超材料吸波体结构等效电磁参数.结果表明:复合结构吸波体超宽频强吸收特性源于良好的阻抗匹配以及电谐振和磁谐振.此外,设计的复合超材料吸波体具有极化不敏感和宽角度吸收特性.最后,通过实验测试得到的复合超材料吸波体吸收率大于85%的相对带宽达到130.2%.设计的超宽频带吸波体将在电磁能量捕获和隐身领域具有广阔的应用前景.     

先微波可调谐超材料吸波体研究进展

 随着电磁波干扰防护技术与隐身技术的的发展,吸波材料已成为科学研究的重要课题。介绍了材料的吸波原理、吸波材料的分类及其特征,总结了超材料吸波体在微波频段的应用研究现状,综述了超材料作为可调谐吸波体的研究进展,展望了超材料在可调谐吸波体中的研究趋势。     

多涂层吸波体的计算机智能化设计

介绍了用于均匀介质电磁波多层吸波体设计的一种智能化CAD系统。利用该系统，可以对入射波进行模拟跟踪计算，并采用单纯形法对计算结果进行自动优化，完成对多层吸波材料的优选、分层组配，也可以对现有材料进行理论预测。     

基于石墨烯光电特性的超宽带可调超材料吸波体设计

利用石墨烯的电导率可调特性设计了一种超宽带可调超材料吸波体。模拟计算了不同石墨烯费米能级时吸波体的吸收率,结果表明,当石墨烯费米能级为0.7 eV时,吸波体在1.74 GHz ~10.44 GHz 的吸收率保持在90%以上,实现了电磁波的超宽带吸收;当改变外加电压使石墨烯的费米能级从0.7 eV逐渐减少到0 eV时,吸波体在1.74 GHz~10.44 GHz的吸收率逐渐下降,其调制深度可达53.8%,实现了吸收率可调的功能;通过对表面电流分布进行仿真与分析,阐述了其电磁波宽带吸收及吸收率可调的机理;模拟分析了石墨烯费米能级为0.7 eV时,入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性的影响,结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性具有极化不敏感的特点;随着电磁波入射角度的增大,其吸收率逐渐降低。     

基于石墨烯的低频段多功能的超材料吸波体设计

基于石墨烯的光电特性设计了一种光学透明、柔性和宽带可调的低频段超材料吸波体,同时采用商业电磁仿真软件CST Microwave studio对不同石墨烯费米能级下吸波体的吸收特性进行了计算.结果表明:当石墨烯费米能级为OeV时,吸波体在600 MHz～1 GHz的范围内其吸收率超过了90％;改变电压可以改变石墨烯的费米...     

基于平行金属线的太赫兹准全向超材料吸波体

该文基于平行金属线设计了一种具有准全向吸波特性的太赫兹超材料吸波体,其准全向吸波特性是通过提高超材料的结构对称性实现的.理论和仿真结果表明:随着超材料结构对称性的提高,超材料吸波体的极化敏感度逐渐降低直至达到任意极化吸波.仿真的不同入射角下的吸收率与表面电流分布表明:平行于介质基板的磁场分量在平行金属线之间激发的反向平行电流导致了结构的电磁谐振,因而在极宽的入射角下该超材料吸波体仍能对电磁波进行高效吸收.提取的等效阻抗实部表明:可以通过调节基板两侧金属线的尺寸,来实现吸收频率处超材料吸波体一侧与自由空间近似阻抗匹配,另一侧与自由空间阻抗不匹配,从而使得反射和传输同时最小、吸收最高.仿真的能量损耗分布表明:该吸波体的强吸收主要源于基板的介质损耗.该太赫兹吸波体可能在爆炸物探测和材料识别等领域具有广泛的应用.     

Reflection and phase of left-handed metamaterials at microwave frequencies

We experimentally investigated the reflection and phase of the left-handed metamaterials (LHMs) in a rectangular waveguide for the normally incident microwave. The samples are constructed by periodically arraying the copper split ring resonators (SRRs) and wires. It is found that for the LHMs with one-layered SRRs, a reflection peak with a depth of -3.3 dB (i.e. with the reflectivity of 47%) occurs in the left-handed range. The dependence of reflection phase on the frequency is different from that of the transmission phase, and the reflection phase has an inflexion at the reflection peaks. For the LHMs with three-layered SRRs, the depth of reflection peak increases with the row number, i.e. reflection is weakened, and the reflection peak has a shift with respect to the left-handed transmission peak. It is thought that the interaction between different layers of SRRs is the reason of the shift.     

织机系统的减振设计与动态仿真

研究织机系统的减振设计问题.建立了织机系统的动力学模型,对减振器的参数进行了初步设计和动态优化设计.应用计算机动态仿真技术,仿真织机加装减振器后的振动响应.获得了具有最佳减振效果的减振器结构参数为铅垂:铅垂向刚度25.1×104N/m,铅垂向阻尼6273N.s/m.振动响应测试表明,减振器的动态响应及隔振效率均达到设计要求.     

Reflection behaviors of negative permeability metamaterials in X-band

We experimentally investigate the reflection behaviors of negative permeability metamaterials (NPMs) consisting of a periodic array of copper hexagonal split ring resonators (SRRs). Results show that, for the two-dimensional (2-D) NPMs samples, a reflectivity peak with the height of 10 dB appears near the resonance frequency, and the reflectivity is remarkably weak on both sides of the transmission gap; the reflection behaviors of 3-D samples similar to that of the 2-D ones are strongly affected by the lattice constants; the reflection phase increases with the frequency, and an inflexion exists at the resonance frequency of 2-D samples.     

2020生物超材料热点回眸

由于2020年新冠肺炎疫情的影响,生物超材料成为超材料领域的一个重要研究热点.回顾了2020年活性生物超材料和非活性生物超材料在生物领域的应用以及最新进展,展望了其发展趋势.     

吸收器降膜和滴状吸收过程数值模拟分析

针对以溴化锂水溶液为工质的水平管吸收器,考虑润湿比、变膜厚和横向对流作用,建立了描述管表面的降膜流动和管间滴状吸收传热传质耦合过程的数学模型,采用涡量流函数法进行数学模型求解。根据数值计算结果,分析了溶液温度、浓度和吸收速率沿管排不同位置和水平管管间的变化,以及溶液喷淋密度和进口浓度对吸收器整体传热传质性能的影响。结果表明,提高喷淋密度可以改善吸收器传热性能,提高溶液进口浓度可改善传质性能,滴状吸收过程约占总吸收量的20%。与实验数据的对比说明建立的数学模型是合理的。     

吸收器降膜和滴状吸收过程数值模拟分析

针对以溴化锂水溶液为工质的水平管吸收器，考虑润湿比、变膜厚和横向对流作用，建立了描述管表面的降膜流动和管间滴状吸收传热传质耦合过程的数学模型，采用涡量一流函数法进行数学模型求解。根据数值计算结果，分析了溶液温度、浓度和吸收速率沿管排不同位置和水平管管问的变化，以及溶液喷淋密度和进口浓度对吸收器整体传热传质性能的影响。结果表明，提高喷淋密度可以改善吸收器传热性能，提高溶液进口浓度可改善传质性能，滴状吸收过程约占总吸收量的20％。与实验数据的对比说明建立的数学模型是合理的。     

Effect of defect on the energy distribution inside the left-handed metamaterials

The electromagnetic field energy distribution inside the left-handed metamaterials (LHMs) with or without blank and line defects is firstly investigated. The LHMs consist of an array of periodic unit cells of copper hexagon split ring resonators (SRRs) and wires. The internal energy distribution of the LHMs is measured in a microwave measuring line device at X-band frequencies. It is found that the LHMs only respond to the electromagnetic field around the resonance frequency. The electromagnetic field amplitude inside the LHMs generally decreases with the introduction of defects. It is suggested that the electromagnetic field energy reduction may arise from the symmetry breaking in the LHMs.     

超材料的新应用:调控Casimir力

 随着微机电系统（MEMS）的微型化,由Casimir吸引力导致的器件黏附失效极大影响了MEMS的应用,如何减小Casimir吸引力甚至将其转化为斥力成为该领域的研究热点。本文综述Casimir力的物理起源、理论计算方法、材料电磁参数的影响规律及电磁超材料在Casimir力调控方面的应用等研究进展。