·104 材导报A:综迷属 2016年11月(A)第30卷第11期 宽带吸波超材料的研究进展 院伟，杨进，王一龙，李维，官建国 (武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，武汉430070) 摘要 宽审吸波材料在隐身，电碳屏藏和装容等领城具有重应用价值。会制于材料的电碾频载，传统吸泼 近年来发的波超材料曲于具有不同于传统材料的吸波原 生能，结构度特点，重点介绍了项超村料的新型吸收机制及觉带吸泼超材的最新研为 中图分类号：T4 文献标识 D01.10.11896/i.1ssn.1005-023X2016.21.016 Recent Advances in Broadband Metamaterial Absorbers YUAN Wei,YANG Jin,WANG Yilong,LI Wei,GUAN Jianguo (State Key Lab of Advanced Technology for Materials Synthesis and Pro Wuhan University of Technology.Wuhan 430070 wave absorbing materials(MAMs)with a broad absorption bandwidth have vital application in many fields ing s electro al MAM lding and ney dispersion o 。 he totally different sbs s a brief introduction and cha MMAs,and then m izee the ssof broadband MMAs.Finally.an oulook of the broadband MMAs is also nrovided Key words metamaterial absorbers.absorption mechanism.broadband 0引言 磁导率难以进一步提高，因而目前发展的传统吸波材科的低 频吸收性能普逾较差。解决这一问题必须引入新的吸收机 吸波材料是指能够吸收入射电磁波能量，并将其转化成 制，近几年发展的吸被超材料正是一种拥有与传统吸被材料 热能或者其他形式的能量而提耗掉的一类材料。基于其对 不同吸收机制的新型材料 电磁波的高吸收，低反射特性，吸波材料被广泛应用于军事 吸波超材料作为亚波长的人工周期结构，可通过对组成 目标隐身，电磁屏蔽和防护等领域.可。为满足实际应用要 单元结构和排布的调控实现对电磁波的强吸收。相比于传 求，吸被材料应具有“薄、轻，宽、强”的特点，即在厚度薄、质 统吸波材料，吸波超材料展现出了完美吸收，厚度薄、质量轻 量轻的前提条件下，能在宽類范田内实现对电磁波的强吸 的特点-切。这些特点不但使其在宽带吸波性能上有望超 收回。传统吸波材料通常由基体材料和吸收剂两部分组成： 越传统材料，还能展现出智能可调、可设计性强等新特性，从 其吸收性能主要取决于吸收剂的电磁参数及颊散特性。研 而在隐身，传感，检测，天线等方而发挥重要作用。本文 究者先后发展了包括导电高聚物、碳纤维，铁氧体，石最烯 主要关注其在宽带吸波方面的研究进展，重点介绍了吸波超 磁性金属微粉等-刀多种材料为吸收剂的复合吸波材料。其 材料的新型吸收机制及宽带微波吸收超材料的最新研究成 中，磁性吸收剂特别是金属微粉由于具有良好的电磁匹配 果，并结合现状对宽带吸波超材料今后的发展方向做了展 和较强的磁损耗例而更有利于电磁波的吸收。例如：基于获 望。 基铁片状吸收剂的吸波材料能够在1mm的厚度下实现8 18GHz宽频范围85%以上的吸收，)。但随着频率降低， 1吸波超材料 尤其是在6GHz以下的低频波段，材料的磁损耗不再能提供 超材料是只有天然材料所不其备的超常物理性质的人 足够的吸收。而受制于磁共振特性和S0k限制回，材料的 工复合结构或复合材料。其性能在很大程度上依赖于几何 ★国家自然科学基全(51577138：11204225：51521001)：湖北省自然基金创新群体项目(2015CFA003) 院伟：男，1991年生，硕士生，研究方向为微波吸收材料事维：通讯作者，男，1983年生，博士，到研究员，硕士生导师，研究方向为 电熊功能复合材料E-mnil:yuanw2:47619 @whut.edu.cem:wellee@whu.edu.em 1994-2018 China Academic al Electronic Publishing House.All rights reserved http://www.cnki.ne
宽带吸波超材料的研究进展＊ 院 伟，杨 进，王一龙，李 维，官建国 （武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，武汉 ４３００７０） 摘要 宽带吸波材料在隐身、电磁屏蔽和兼容等领域具有重要应用价值。受制于材料的电磁频散，传 统 吸 波 材料的低频吸收性能难以进一步提升。近年来发展的吸波超材料由于具有不同于传统材料的吸波原理而广受关注。 简要概述了吸波超材料的性能、结构及特点，重点介绍了吸波超材料的新型吸收机制及宽带吸波超材料的最新研究 成果，最后对其今后的发展方向做了展望。 关键词 吸波超材料 吸收机制 宽带 中图分类号：ＴＢ３４ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１１８９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０２３Ｘ．２０１６．２１．０１６ ＲｅｃｅｎｔＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＢｒｏａｄｂａｎｄＭｅｔａｍａｔｅｒｉａｌＡｂｓｏｒｂｅｒｓ ＹＵＡＮ Ｗｅｉ，ＹＡＮＧＪｉｎ，ＷＡＮＧＹｉｌｏｎｇ，ＬＩＷｅｉ，ＧＵＡＮＪｉａｎｇｕｏ （ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＭａｔｅｒｉａｌｓＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７０） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅａｂｓｏｒｂｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＭＡＭｓ）ｗｉｔｈａｂｒｏａｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｂａｎｄｗｉｄｔｈｈａｖｅｖｉｔａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎｍａｎｙｆｉｅｌｄｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｔｅａｌｔｈ，ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｈｉｅｌｄｉｎｇａｎｄｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ．Ｓｕｆｆｅｒｉｎｇｆｒｏｍｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＭＡＭｓｈａｖｅａｖｅｒｙｌｉｍｉｔｅｄｒｏｏｍｔｏｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒ－ ｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｗｈｉｌｅｒｅｃｅｎｔｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒｓ（ＭＭＡｓ）ｈａｖｅａｔｔｒａｃｔｅｄｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓａｔｔｅｎｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆ ｔｈｅｔｏｔａｌｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｒｏｍｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＭＡＭｓ．Ｔｈｉｓｒｅｖｉｅｗｆｉｒｓｔｌｙ ｇｉｖｅｓａｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＭＭＡｓ，ａｎｄｔｈｅｎｍａｉｎｌｙｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｒｅｃｅｎｔｌｙｄｅｖｅ－ ｌｏｐｅｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｂｒｏａｄｂａｎｄＭＭＡｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｎｏｕｔｌｏｏｋｏｆｔｈｅｂｒｏａｄｂａｎｄＭＭＡｓ ｉｓａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒｓ，ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＊国家自然科学基金（５１５７７１３８；１１２０４２２５；５１５２１００１）；湖北省自然基金创新群体项目（２０１５ＣＦＡ００３） 院伟：男，１９９１年生，硕士生，研究方向为微波吸收材料 李维：通讯作者，男，１９８３年生，博士，副研究员，硕士生导师，研究方向为 电磁功能复合材料 Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕａｎｗ２４７６１９＠ｗｈｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ；ｗｅｌｌｅｅ＠ｗｈｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ ０ 引言 吸波材料是指能够吸收入射电磁波能量，并将其转化成 热能或者其他形式的能量而损耗掉的一类材料。基 于 其 对 电磁波的高吸收、低反射特性，吸波材料被广泛应用于军事 目标隐身、电磁屏蔽和防护等领域［１，２］。为满足实际应用要 求，吸波材料应具有“薄、轻、宽、强”的 特 点，即 在 厚 度 薄、质 量轻的前提 条 件 下，能在宽频范围内实现对电磁波的强吸 收［３］。传统吸波材料通常由基体材料和吸收剂两部分组成， 其吸收性能主要取决于吸收剂的电磁参数及频散特性。研 究者先后发展了包括导电高聚物、碳 纤 维、铁 氧 体、石 墨 烯、 磁性金属微粉等［４－７］ 多种材料为吸收剂的复合吸波材料。其 中，磁性吸收剂特别是金属微粉由于具有良好的电磁匹配［８］ 和较强的磁损耗［９］ 而更有利于电磁波的吸收。例如：基于羰 基铁片状吸收剂的吸波材料能够在１ｍｍ 的厚度下实现８～ １８ＧＨｚ宽频范围８５％以上的吸收［１０，１１］。但随着频率降低， 尤其是在６ＧＨｚ以下的低频波段，材料的磁损耗不再能提供 足够的吸收。而受制于磁共振特性和Ｓｎｏｅｋ限制［１２］，材料的 磁导率难以进一步提高，因而目前发展的传统吸波材料的低 频吸收性能普遍较差。解决这一问题必须引入新的吸收机 制，近几年发展的吸波超材料正是一种拥有与传统吸波材料 不同吸收机制的新型材料。 吸波超材料作为亚波长的人工周期结构，可通过对组成 单元结构和排布的调控实现对电磁波的强吸收。相 比 于 传 统吸波材料，吸波超材料展现出了完美吸收、厚度薄、质量轻 的特点［１３－１７］。这些特点不但使其在宽带吸波性能上有望超 越传统材料，还能展现出智能可调、可设计性强等新特性，从 而在隐身、传感、检测、天线等［１８－２０］ 方面发挥重要作用。本文 主要关注其在宽带吸波方面的研究进展，重点介绍了吸波超 材料的新型吸收机制及宽带微波吸收超材料的最新研究成 果，并结合现状对宽带吸波超材料今后的发展方向做了展 望。 １ 吸波超材料 超材料是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人 工复合结构或复合材料。其性能在很大程度上依赖于几何 · ０１４· 材料导报 Ａ：综述篇 ２０１６年１１月（Ａ）第３０卷第１１期
宽带吸波超材科的研究进展/院伟等 ·105 人 屋论和等效电路理论，它门能裕建立起超材科的给阳尺 性能之问的定量关系】 本文将着重介 数回、多 收 泛应用 隐身衣超 多重干涉理论 料的强损耗特性实现 是基多层材料的概念，通过电磁波有 的吸被超材科便是众多应用领域中的 等[于2008年先设计出了吸波超材料，如图 波经过表层金属 1(a)所示，其结构由电共振开口环，R4和金届短导线3部 系数分别表示为 透射波以相 分组成。数值模拟和实验表明，上述吸波超材料在11.8 d传输 。为自由空间波数，为传招 在招材料结构单 元共振频率附近，电磁场能量被高度集中，场强被极大放大 层中的吸议 ,如此往复。 因而能产生强列的损耗，实现近乎100%的电磁波吸收，吸 波超材料所表现出的完美吸收特性很快引起了广泛关注】 例如：通过对结构单元进行对称设计，Lady等构筑了极化 (1) 不编感的吸波超材制到：T。密[别在太林兹被段设计出一种 据此，桶过提取吸被招材料在界面处的反时和诱射系数 全金属背板的超材料结构，该吸波结构对0一80°范田内的入 四可计算出其总的反射。Wag等[)基于此构筑了“工”形 射电磁被均且有强吸收特性，相比子传统材料，超材料还耳 肤振单元并实现了8.T2GHz处99.1%的强吸收：Ch 备频率可调特性。基于此，研究者将其工作频段由最初的微 等[网基于十字形共振单元详细阅述了上述结构对电磁波的 波段逐渐拓展至太林蕊别R门甚至可见光波段西。爱波 损耗机制，并指出并非只有同时形成电共振和感共报时才能 超材料的可设计性使其表现出了诸如完关吸收，厚度薄，质量 实现完关吸收。多重干涉模型虽然未能建立吸被超材料结 轻以及频带可调等特点，为吸波材料的研究提供了新的机遇。 构与性能之同的确切关系，但该模型探讨了电磁波在超材料 中的传输过程，揭示了超材料吸牧电磁波的本质，为理解 材料对电磁波的损耗过程提供了很好的理论基础」 Fig.2 路径示意图 with electromagnetie wave propagation path 2.2 131P0 中所示为具有典型结构 平面电波 单元之间的 完美吸波超材料结构(a)及模 同反向传搭形成驻波 处发生前 metamaterial 以推导出吸波超材料结构单元的尺 共振事，之同存在如下关系 2吸波超材料的吸收机制 1≈（②5-1D2=（②i-102m万=1.2.3 对于由金属共振单元、损耗介质以及金屈背板构成的典 型吸波超材料，其吸波机制通常可以用电磁共振理论四进行 式中：为真空波速，j表示驻波共报的榄次。由式(2)可知 解释。上述理论枝很多研究者报道和引述-回，但其并未阐 陆被共振理论建立了共振顿率和吸被超材料结构之间的关 明电磁波如何被损托以及磁共振产生的原理等问题。近年 系，亦即可以通讨吸波招材料单元尺计来遐控共振吸收蜂的 来，随着吸波超材科研究的深入，研究者基于不同的视角提 位置，这对于吸波超材料吸牧机制的理解和后续宽带化设 出了多种新型的吸波机制：多重干涉理论%，)，驻波共振理 +5:]摆且右易菱音义 论，)，等效电路理论，等。上述理论对于吸波超材料的 结构设计和吸收性能的预测具有重要作用，尤其是驻波共据 1994-2018 China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.ne
形状、尺寸、排布等，因而通过对上述参数的设计可以实现对 超材料等效电磁参数的灵活调控，进而实现负折射率［２１］、复 磁导率［２２］、负介电常数［２３］、逆多普勒效应［２４］ 等物理效应。这 些奇特的物理效应使得超材料能够广泛应用于隐身衣、超级 透镜、光子晶体等领域［２５－２７］。基于超材料的强损耗特性实现 的吸波超材料便是众多应用领域中的一个重要分支。 Ｌａｎｄｙ等［１３］ 于２００８年率先设计出了吸波超材料，如 图 １（ａ）所示，其结构由电共振开口环、ＦＲ４和金 属 短 导 线３部 分组成。数值模拟和实验表明，上 述 吸 波 超 材 料 在 １１．４８ ＧＨｚ处吸收率可达９９％，如图１（ｂ）所示。在超材料结构单 元共振频率附近，电磁场能量被高度集中，场强被极大放大， 因而能产生强烈的损耗，实现近乎１００％的电磁波吸收。吸 波超材料所表现出的完美吸收特性很快引起了广泛关注。 例如：通过对结构单元进行对称设计，Ｌａｎｄｙ等构 筑 了 极 化 不敏感的吸波超材料［２８］；Ｔａｏ等［２９］ 在太赫兹波段设计出一种 全金属背板的超材料结构，该吸波结构对０～８０°范围内的入 射电磁波均具有强吸收特性。相比于传统材料，超材料还具 备频率可调特性。基于此，研究者将其工作频段由最初的微 波段逐渐拓展至太赫兹［１５，３０］ 、ＩＲ［３１］ 甚至可见光波段［３２］ 。吸波 超材料的可设计性使其表现出了诸如完美吸收、厚度薄、质量 轻以及频带可调等特点，为吸波材料的研究提供了新的机遇。 图１ 完美吸波超材料结构（ａ）及模拟吸收性能（ｂ） Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ａ）ａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ（ｂ）ｏｆ ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｐｅｒｆｅｃｔａｂｓｏｒｂｅｒ ２ 吸波超材料的吸收机制 对于由金属共振单元、损耗介质以及金属背板构成的典 型吸波超材料，其吸波机制通常可以用电磁共振理论［１３］ 进行 解释。上述理论被很多研究者报道和引述［３３－３５］，但其并未阐 明电磁波如何被损耗以及磁共振产生的原理等问题。近 年 来，随着吸波超材料研究的深入，研究者基于不同的视角提 出了多种新型的吸波机制：多重干涉理论［３６，３７］、驻波共振理 论［３８，３９］、等效电路理论［１７，４０］ 等。上述理论对于吸波超材料的 结构设计和吸收性能的预测具有重要作用，尤其是驻波共振 理论和等效电路理论，它们能够建立起超材料的结构尺寸与 吸收性能之间的定量关系，因而本文将着重介绍上述新型吸 收机制。 ２．１ 多重干涉理论 多重干涉模型［３６］ 是基于多层材料的概念，通过电磁波在 吸波超材料中的传输过程分析其吸收机制。如图２所示，电 磁波经过表层金属共振单元时发生反射和透射，反 射、透 射 系数分别表示为 槇 ｒ１２ ＝ｒ１２ｅｉ１２ 和 槇 ｔ１２ ＝ｔ１２ｅｉθ１２ 。透射波以相位 槇 β＝βｒ ＋ｉβｉ ＝ 槇 槡εｓｐａｃｅｒｋ０ｄ传输（ｋ０ 为自由空间波数，βｒ 为传播 相位，βｉ 代表介质层中的吸收），当遇到金属背板时被全部反 射回到介质中并在表层再次发生反射和透射，如此往复。最 终，吸波超材料的总反射系数可表示为： 槇 ｒ＝ 槇 ｒ１２ － 槇 ｔ１２ 槇 ｔ２１ｅｉ２β槇 （１＋ 槇 ｒ２１ｅｉ２β槇 ） （１） 据此，通过提取吸波超材料在界面处的反射和透射系数 即可计算出 其 总 的 反 射。Ｗａｎｇ等［３７］基于 此 构 筑 了“工”形 共振单 元 并 实 现 了 ８．７２ ＧＨｚ处 ９９．１％ 的 强 吸 收；Ｃｈｅｎ 等［３６］ 基于十字形共振单元详细阐述了上述结构对电磁波的 损耗机制，并指出并非只有同时形成电共振和磁共振时才能 实现完美吸收。多重干涉模型虽然未能建立吸波超材料结 构与性能之间的确切关系，但该模型探讨了电磁波在超材料 中的传输过程，揭示了超材料吸收电磁波的本质，为 理 解 超 材料对电磁波的损耗过程提供了很好的理论基础。 图２ 多重干涉模型及波传输路径示意图 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｏｆｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｔｈｅｏｒｙｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｗａｖｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｐａｔｈ ２．２ 驻波共振理论 驻波共振理论［４１］ 可由如图３所示的模型进行解释。图３ 中所示为具有典型结构的吸波超材料，垂直入射到其表面的 平面电磁波于金属单元之间的狭缝处发生衍射，相邻两束衍 射波同频反向传播形成驻波。根据驻波共振发生的条件可 以推导出吸波超材料结构单元的尺寸ｌ、介质层的折射ｎ和 共振频率ｆ１ 之间存在如下关系： ｌ≈ （２ｊ－１）λ１ ２ｎλ１ ＝ （２ｊ－１） ｃ ２ｎ（ｆ１）ｆ１ ，ｊ＝１，２，３. （２） 式中：ｃ为真空波速，ｊ表示驻波共振的模次。由式（２）可知， 驻波共振理论建立了共振频率和吸波超材料结构之间的关 系，亦即可以通过吸波超材料单元尺寸来调控共振吸收峰的 位置，这对于吸波超材料吸收机制的理解和后续宽带化设 计［３８，３９］ 都具有显著意义。 ２．３ 等效电路理论 等效电路理论将吸波超材料单元用电路模型进行等效 宽带吸波超材料的研究进展／院 伟等 · ０１５·
·106 材料导报A:综速间 2016年11月(A)第30卷第11新 替代，通过电路模型的阻抗米表征吸波超材料对电磁波的传 邻北结所对应的吸的峰进行叠加，最终建现？814 性面米的吸站超材封，往往可证 GHz范围内90%以上的宽带吸收，如 图4(b)所 过构建电路参数《电容C、电感)与几何结构之间的解析式 来描述吸超材料整休的等效阻抗。如Pang等（基于 波共振的基模和三次模。上 型吸波超材料构建了与切线长度，线宽相关的等效电路模 102 6.O5GH2和11.64一14.55G2两个波段内90%以 型，并推导出吸收频率与切线长度之间的定量关系，Co 上的吸收。本课题组发现了方片形共报单元的对角射 等针对电阻膜型吸波超材料构建了等效阻抗与电阻模几 波能够撒发TM诰振，通过多层叠加可以显著增强上述谐 何尺寸以及损耗介质厚度之问的关系。由止可见，等效电路 根从面形成强吸收。基干出，笔者设计了由大小金字塔阵 模型能够通过建立定量关系对吸波超材料的吸收性能进行 购成的批状结均，并实了？1发C日2内0以以 分析，但其缺点在于与吸波超材料的尺寸相关的电路参数获 的宽带吸收。以上设计表明，多层渐变结构能够产生相邻 取相对与杂。同时，禁效电路模刑更多艳针对且体的吸被铝 提吸收峰态加.可用王实现宫带吸波铝材划。相该设计方 材料结构而言，导致该方法没有通用的模型，对超材料的结 的缺陷在于共振单元结构与吸收峰是一一对应的，因而吸波 构设计指导意义较小： 超材料的整体吸收带宽受制于叠加层数，由此大大增加了超 材料的厚度，并且这类吸波超材料还存在结构和制备复杂的 间题， E生 。双 图3典型超薄吸波超材料的驻波共振模型 Fig.3ust n of standin te of typical ultrathin metamaterial absorbe 3宽带吸波超材料的研究进展 通过大量对吸波超材料及其吸收机制的探过可知，简单 的吸波超材料结构通常表现出共振吸收的特点，吸收频带 般较定，从面限制了其在吸洁隐身方面的进一步应用为解 决吸被超材料吸收带宽的问题，研究者进行了多样化的尝 试，以下是对一些较为典型的工作的白类介绍 :金字塔吸波超材料(a)及吸收性能(b) 3.1面内多共振结构复合 rntion)of the material absorber 利用吸波超材料的共振频率可调特性，通过在而内构筑 不同结构尺寸的共振单元可以实现多频甚至一定频宽的吸 33 非平面结构 收，例如：Shen等通过在面内复合3个大小不同的方环 平面结构是相对平面型吸波超材料而言的，它们在 形超结构实现 三频点吸收：等 将多个不同尺寸的共 行于 入射波矢方向的尺寸远大 振结构集成于同 元也实现 多频点吸收。此外，利用同 平面结村 共报单元不同组成部分对电磁波的多频响应同样可以 的 现上述效 例如：M 计了圆环内接 个￥形 的吸波超 最终在多 峰。 然而 的面内排布 ]和共报吸牧机 的波 现 3.2 的灵活度 吸波超材料通常还具有质轻 带宽限制问，研究者提出了层复合 的厚度远大于平面型吸波超材料】 等设 的立d 搭结构 结构如要实现3GHz吸收需要厚度12 结枸中FR介质与金属间隔排列，形成尺寸连续渐变的共振 非平面电阻膜厚度为11mm,因此，在未来的设计中还需要 单元结构，从面产生对应的多个率新变的共振吸收峰。相 一步化 1994-2018 China Academic al Electronic Publishing House All rights hup www.cnki.ne
替代，通过电路模型的阻抗来表征吸波超材料对电磁波的传 输特性。对于频率选择性表面类的吸波超材料，往往可以通 过构建电路参数（电容Ｃ、电感Ｌ）与几何结构之间的解析式 来描述吸波超材料整体的等效阻抗。如 Ｐａｎｇ等［１７］ 基于切线 型吸波超材料构建了与切线长度、线宽相关的等效电路模 型，并推导出吸收频率与切线长度之间的定量关系。Ｃｏｓｔａ 等［４０］ 针对电阻膜型吸波超材料构建了等效阻抗与电阻膜几 何尺寸以及损耗介质厚度之间的关系。由此可见，等效电路 模型能够通过建立定量关系对吸波超材料的吸收性能进行 分析，但其缺点在于与吸波超材料的尺寸相关的电路参数获 取相对复杂。同时，等效电路模型更多地针对具体的吸波超 材料结构而言，导致该方法没有通用的模型，对 超 材 料 的 结 构设计指导意义较小。 图３ 典型超薄吸波超材料的驻波共振模型 Ｆｉｇ．３ Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｔａｎｄｉｎｇｗａｖｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｍｏｄｅｏｆａ ｔｙｐｉｃａｌｕｌｔｒａｔｈｉｎｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒ ３ 宽带吸波超材料的研究进展 通过大量对吸波超材料及其吸收机制的探讨可知，简单 的吸波超材料结构通常表现出共振吸收的特点，吸收频带一 般较窄，从而限制了其在吸波隐身方面的进一步应用。为解 决吸波超材料吸收带宽的问题，研究者进行了多样化的尝 试，以下是对一些较为典型的工作的归类介绍。 ３．１ 面内多共振结构复合 利用吸波超材料的共振频率可调特性，通过在面内构筑 不同结构尺寸的共振单元可以实现多频甚至一定频宽的吸 收。例如：Ｓｈｅｎ等［４２］ 通过在面内复合３个大小不同的方环 形超结构实现了三频点吸收；Ｌｉ等［４３］将多个不同 尺 寸 的 共 振结构集成于同一单元也实现了多频点吸收。此外，利用同 一共振单元不同组成部分对电磁波的多频响应同样可以实 现上述效果。例如：Ｍａｏ等［４４］设计了圆环内接４个 Ｙ 形结 构的吸波超 材 料 结 构，最终在多个不同频点产生共振吸收 峰。然而，受制于有限的面内排布空间和共振吸收机理，上 述吸波超材料均只能实现少数几个频点的吸收，而且当不同 共振单元之间距离过近时会发生耦合作用，使得原有吸收峰 减弱或消失，因而不利于实现宽带吸收。 ３．２ 多层复合结构 为了克服超材料面内多共振结构复合所遇到的空间和 带宽限制问 题，研究者提出了多层复合的方式。Ｄｉｎｇ等［３８］ 基于驻波共振原理设计了如图４（ａ）所示的金字塔结构。该 结构中 ＦＲ４介质与金属间隔排列，形成尺寸连续渐变的共振 单元结构，从而产生对应的多个频率渐变的共振吸收峰。相 邻共振结构所对应的吸收峰进行叠加，最终实现７．８～１４．７ ＧＨｚ范围内 ９０％ 以 上 的 宽 带 吸 收，如 图 ４（ｂ）所 示。Ｋｉｍ 等［３９］ 设计了类似的由金属、介质间隔排列而成的圆台结构。 基于驻波共振的基模和三次模，上 述 吸 波 超 材 料 实 现 了 ３．９３～６．０５ＧＨｚ和１１．６４～１４．５５ＧＨｚ两个 波 段 内９０％以 上的吸收。本课题组［４５］ 发现了方片形共振单元的对角衍射 波能够激发 ＴＭ２１０谐振，通过多层叠加可以显著增强上述谐 振从而形成强吸收。基于此，笔者设计了由大小金字塔阵列 构成的棋盘状结构，并 实 现 了７～１８ＧＨｚ范围 内９０％以上 的宽带吸收。以上设计表明，多层渐变结构能够产生相邻共 振吸收峰叠加，可用于实现宽带吸波超材料。但该设计方法 的缺陷在于共振单元结构与吸收峰是一一对应的，因而吸波 超材料的整体吸收带宽受制于叠加层数，由此大大增加了超 材料的厚度，并且这类吸波超材料还存在结构和制备复杂的 问题。 图４ 金字塔吸波超材料（ａ）及吸收性能（ｂ） Ｆｉｇ．４ Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ（ａ）ａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ（ｂ）ｏｆｔｈｅｐｙｒａｍｉｄａｌｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒ ３．３ 非平面结构 非平面结构是相对平面型吸波超材料而言的，它们在平 行于入射波矢方向的尺寸远大于垂直方向上的尺寸，整体上 表现出“站立”形态。非平面结构可以通过平行于波矢方向 的尺寸调控其吸收性能。Ｐａｎｇ等［４６］ 基于立式共振单元设计 出渐变结构，该结构 能 够 实 现７．２～１８ＧＨｚ范围 内８０％以 上宽带吸收。其 中，立式共振单元的高度与介质波长存在 λ／４（λ为等效介质中的波长）关系，通过相邻立式共振结构吸 收峰的叠加即可实现上述宽带吸收。Ｓｈｅｎ等［４７］ 设计了非平 面电阻膜结 构，得益于电阻膜的电损耗和宽频阻抗匹配特 性，该吸波超材料实现了３．９～２６．２ＧＨｚ范围 内９０％以上 的吸收。非平面设计极大丰富了设计的灵活度，由此实现的 吸波超材料通常还具有质轻的优势，但其缺点在于非平面结 构的厚度远大于平面型吸波超材料。如 Ｐａｎｇ等设计的立式 结构如要实现３ＧＨｚ吸收需要厚度１２ｍｍ，Ｓｈｅｎ等提出的 非平面电阻膜厚度为１１ｍｍ。因此，在未来的设计中还需要 进一步优化。 · ０１６· 材料导报 Ａ：综述篇 ２０１６年１１月（Ａ）第３０卷第１１期
宽带吸波超材科的研究进展/院伟等 ·107 颜吸收性能较差， 李海器，张世珍，孙春龙，等，隐身涂料的研究运展与发展方向们，功 能材料，2013,4451)：36 调的特点将二者复合有塑构筑新的带波，王 构突了十字形共振单元和传统吸波材料复合的 hw.002.4012),53 Li Bintai.Chen Daming.Chen Qinsheng.Me m and advance of 吸波结构，十字形共振单元的引入可以在一定程度上拓展化 统吸被材料的吸收频带，但会造成传统吸波材料高频吸收性 硅 能的化，本课组提出非平而超材料与传统吸波材料 复合的吸皱结均 ,在该结构中，非平面吸波超材料在低類波 oo J M.Kim M S.Kim H W. alisbur 段表现出宽带强吸收特性，同时在其他频段具有高透波特 for terahertz absorber[J ]Appl Phy .2014.104(8) 性，透过的电磁波由传统吸波材料进行吸收。上述设计充分 结合了厨者的吸数频带并最终实现了2一18GHz窗频荒用 of wave sbsorbing mat alsT1 Mater Rev.Rev,2013.27 内90%以上的吸收，但其缺点在于非平面结构带米了有效厚 度较大的问题。此外，基于多重厚度共振效应和边缘行射效 (7(Chin 究现状及其发展趋势口】 应，本课题组可还结合超材料的概念，通过对传统吸被材料 进行周期性的图案化处理获得了一种4~0GH:范内 90%以上吸收的超宽带吸波材料。由此可见，传统吸波材料 all grai strain for broadband micro 与超材料复合可以同时兼容二者的优势，对宽带吸被材料的 1.201 O F B 设计具有重要指导意义」 4结语 h,2012.111(6),06130 超材料通过结构单元的设计实现对其等效电磁参数的 10L 调控 强吸收的目的 用兵 Wang W,et al.Broadbi patter gnetic mi- 此 ,现有的超材料大多 orber[J] Appl Pnys.20 1,116(4 介质反号 te厂11p%ys Rey B.2008.7710.04440 并能实现较好的 13L N I S yigbe S.Mock JJ.et al.Perfe rial ab 最 带吸的复 空 )超 步提高，特别 te[I. L.et.2011,99(26),264101 有待明确，因此. 几 方面将有 15Ta0 Appl Phy N I M al.A m 料未来发展的重要方向 (1)在超材料结构设计方面，将由二维拓展到三维，以充 J门.OmEx知 2008.1610.718i 分发挥超材料的电磁参数调控作用，重点发展立体吸波超材 16 Wal hi H.Greedy S.Ch os C.et al.Cu 料 ers for arbitrary polar 0m[U刀.Op (2)丰富并优化招材料的基础组成材料，同时利用超材 17 Pang Y Q.Cheng H F.Zhou Y J.et al. 料性能的可设计性和传统吸波材料具有丰富、成熟和优异电 碳性能的特点，发层复合超材料来充分结合一著的伏热，非 .J Appl P%y8,2013,11311:11490 器窗短吸收 ct al.H 参考文献 d metami terials[17.Ady Mater.2014.26(21) 1 Vinoy K J.Jha R M.Radar abs rbing materials[M].Boston.MA 53 agnetic I 20 Yang Huanhuan.Cao Xiangyu.Gao lun.et al.Design of lov Int Mater Rev.2013.58().203 microstrip a ed on metamaterial absorber[J] 3 Li Hai ·Zhang Shi2he et al.The 欢欢，曹祥玉高军，等.基于材料吸被休的低雷达放射截面微带 1994-2018 China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved. www.cnki.ne
３．４ 传统吸波材料／超材料复合结构 前已述及，现有的传统吸波材料低频吸收性能较差，而 单一的吸波超材料目前也难以获得理想效果。考 虑 到 传 统 吸波材料的高频宽带吸收优势以及吸波超材料频率灵活可 调的特点，将二者复合有望构筑新的宽带吸波体。基 于 此， Ｃｈｅｎｇ等［４８］ 构筑了十字形共振单元和传统吸波材料复合的 吸波结构，十字形共振单元的引入可以在一定程度上拓展传 统吸波材料的吸收频带，但会造成传统吸波材料高频吸收性 能的恶化。本课题组［１０］ 提出非平面超材料与传统吸波材料 复合的吸波结构。在该结构中，非平面吸波超材料在低频波 段表现出宽 带 强 吸 收 特 性，同时在其他频段具有高透波特 性，透过的电磁波由传统吸波材料进行吸收。上述设计充分 结合了两者的吸收频带并最终实现了２～１８ＧＨｚ宽频范围 内９０％以上的吸收，但其缺点在于非平面结构带来了有效厚 度较大的问题。此外，基于多重厚度共振效应和边缘衍射效 应，本课题组［１１］ 还结合超材料的概念，通过对传统吸波材料 进行周期性的图案化处理获得了一种 ４～４０ＧＨｚ范 围 内 ９０％以上吸收的超宽带吸波材料。由此可见，传统吸波材料 与超材料复合可以同时兼容二者的优势，对宽带吸波材料的 设计具有重要指导意义。 ４ 结语 超材料通过结构单元的设计实现对其等效电磁参数的 调控，进而对电磁波反射、吸收和传输进行控制。为 了 达 到 强吸收的目的，通常需要利用共振机制来聚焦电磁能量，从 而不可避免地表现出窄带吸收。此外，现有的超材料大多形 式较为单一，通常是超表面－介质－反射层的三层结 构。这 种 结构的优点是紧凑、易于制备并能实现较好的吸收效果，但 其受限的设计空间通常只能表现出多个窄吸收峰。最 近 发 展起来的复合超材料和三维空间（立体）超材料能够 实 现 宽 带吸收，具有很好的前景，但它们的材料厚度通常较大，而且 吸收性能有待进一步提高，特别是涉及到的新的吸收机理也 有待明确。因此，以下几个方面将有可能成为宽带吸波超材 料未来发展的重要方向： （１）在超材料结构设计方面，将由二维拓展到三维，以充 分发挥超材料的电磁参数调控作用，重点发展立体吸波超材 料； （２）丰富并优化超材料的基础组成材料，同 时 利 用 超 材 料性能的可设计性和传统吸波材料具有丰富、成熟和优异电 磁性能的特点，发展复合超材料来充分结合二者的优势，获 得宽频吸收。 参考文献 １ ＶｉｎｏｙＫＪ，ＪｈａＲ Ｍ．Ｒａｄａｒａｂｓｏｒｂｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｍ］．Ｂｏｓｔｏｎ，ＭＡ： ＫｌｕｗｅｒＡｃａｄｅｍｉｃＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，１９９６ ２ ＫｏｎｇＬＢ，ＬｉＺＷ，ＬｉｕＬ，ｅｔａｌ．Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｓｏｍｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｆｏｒｓｐｅｃｉｆｉｃｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］． ＩｎｔＭａｔｅｒＲｅｖ，２０１３，５８（４）：２０３ ３ ＬｉＨａｉｙａｎ，ＺｈａｎｇＳｈｉｚｈｅｎ，ＳｕｎＣｈｕｎｌｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａ－ ｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｓｔｅａｌｔｈｙｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．ＪＦｕｎｃｔＭａｔｅｒ，２０１３，４４ （Ｓ１）：３６（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） 李海燕，张世珍，孙春龙，等．隐身涂料的研究进展与发展方向［Ｊ］．功 能材料，２０１３，４４（Ｓ１）：３６ ４ ＺｈａｎｇＸＦ，ＤｏｎｇＸＬ，ＨｕａｎｇＨ，ｅｔａｌ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｉｃｒｏ－ ｗａｖｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃａｒｂｏｎ－ｃｏａｔｅｄｉｒｏｎｎａｎｏｃａｐｓｕｌｅｓ［Ｊ］．Ｊ ＰｈｙｓＤ，２００７，４０（１７）：５３８３ ５ ＬｉＢｉｎｔａｉ，ＣｈｅｎＤａｍｉｎｇ，ＣｈｅｎＱｉｎｓｈｅｎｇ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄａｄｖａｎｃｅｏｆ ｆｅｒｒｉｔｅａｂｓｏｒｂｅｒ［Ｊ］．ＢｕｌｌＣｈｉｎＣｅｒａｍＳｏｃ，２００４（５）：６６（ｉｎＣｈｉｎｓｅｓ） 李斌太，陈大明，陈钦生．铁氧体微波吸收材料的研究进展［Ｊ］．硅酸 盐通报，２００４（５）：６６ ６ ＷｏｏＪ Ｍ，Ｋｉｍ Ｍ Ｓ，Ｋｉｍ Ｈ Ｗ，ｅｔａｌ．Ｇｒａｐｈｅｎｅｂａｓｅｄｓａｌｉｓｂｕｒｙ ｓｃｒｅｅｎｆｏｒｔｅｒａｈｅｒｔｚａｂｓｏｒｂｅｒ［Ｊ］．ＡｐｐｌＰｈｙｓＬｅｔｔ，２０１４，１０４（８）： ０８１１０６ ７ ＬｉｕＤａｎｌｉ，ＬｉｕＰｉｎｇ’ａｎ，ＹａｎｇＱｉｎｇｓｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｗａｖｅａｂｓｏｒｂｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒＲｅｖ：Ｒｅｖ，２０１３，２７ （９）：７４（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） 刘丹莉，刘平安，杨青松，等．吸波材料的研究现状及其发展趋势［Ｊ］． 材料导报：综述篇，２０１３，２７（９）：７４ ８ ＷａｎｇＷ，ＧｕｏＪＸ，ＬｏｎｇＣ，ｅｔａｌ．Ｆｌａｋｙｃａｒｂｏｎｙｌｉｒｏｎｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈ ｂｏｔｈｓｍａｌｌｇｒａｉｎｓｉｚｅａｎｄｌｏｗｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｒａｉｎｆｏｒｂｒｏａｄｂａｎｄ ｍｉｃｒｏ－ ｗａｖｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪＡｌｌｏｙｓＣｏｍｐｄ，２０１５，６３７：１０６ ９ ＱｉｎＦ，ＢｒｏｓｓｅａｕＣ．Ａｒｅｖｉｅｗａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｉｃｒｏｗａｖｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｎｐｏｌｙｍｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｉｌｌｅｄｗｉｔｈｃａｒｂｏｎａｃｅｏｕｓｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌ Ｐｈｙｓ，２０１２，１１１（６）：０６１３０１ １０ ＬｉＷ，ＷｕＴＬ，Ｗａｎｇ Ｗ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇｎｏｎ－ｐｌａｎａｒｍｅｔａｍａｔｅ－ ｒｉａｌｓｗｉｔｈｍａｇｎｅｔｉｃａｂｓｏｒｂｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓｔｏｙｉｅｌｄｕｌｔｒａ－ｂｒｏａｄｂａｎｄｍｉ－ ｃｒｏｗａｖｅｈｙｂｒｉｄａｂｓｏｒｂｅｒｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌＰｈｙｓＬｅｔｔ，２０１４，１０４（２）：０２２９０３ １１ ＬｉＷ，ＷｕＴＬ，ＷａｎｇＷ，ｅｔａｌ．Ｂｒｏａｄｂａｎｄｐａｔｔｅｒｎｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｍｉ－ ｃｒｏｗａｖｅａｂｓｏｒｂｅｒ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌＰｈｙｓ，２０１４，１１６（４）：０４４１１０ １２ ＡｃｈｅｒＯ，ＤｕｂｏｕｒｇＳ．ＧｅｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＳｎｏｅｋ′ｓｌａｗｔｏｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｌｍｓａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＢ，２００８，７７（１０）：１０４４４０ １３ ＬａｎｄｙＮＩ，ＳａｊｕｙｉｇｂｅＳ，ＭｏｃｋＪＪ，ｅｔａｌ．Ｐｅｒｆｅｃｔｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂ－ ｓｏｒｂｅｒ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＬｅｔｔ，２００８，１００（２０）：２０７４０２ １４ＳｉｎｇｈＰＫ，ＫｏｒｏｌｅｖＫ Ａ，ＡｆｓａｒＭ Ｎ，ｅｔａｌ．Ｓｉｎｇｌｅａｎｄｄｕａｌｂａｎｄ ７７／９５／１１０ＧＨｚｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒｓｏｎｆｌｅｘｉｂｌｅｐｏｌｙｉｍｉｄｅｓｕｂ－ ｓｔｒａｔｅ［Ｊ］．ＡｐｐｌＰｈｙｓＬｅｔｔ，２０１１，９９（２６）：２６４１０１ １５ ＴａｏＨ，ＬａｎｄｙＮＩ，Ｂｉｎｇｈａｍ Ｃ Ｍ，ｅｔａｌ．Ａ ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒ ｆｏｒｔｈｅｔｅｒａｈｅｒｔｚｒｅｇｉｍｅ：Ｄｅｓｉｇｎ，ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ［Ｊ］．ＯｐｔＥｘｐｒｅｓｓ，２００８，１６（１０）：７１８１ １６ Ｗａｋａｔｓｕｃｈｉ Ｈ，Ｇｒｅｅｄｙ Ｓ，Ｃｈｒｉｓｔｏｐｏｕｌｏｓ Ｃ，ｅｔａｌ．Ｃｕｓｔｏｍｉｓｅｄ ｂｒｏａｄｂａｎｄｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒｓｆｏｒａｒｂｉｔｒａｒｙｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｏｐｔ Ｅｘｐｒｅｓｓ，２０１０，１８（２１）：２２１８７ １７ ＰａｎｇＹ Ｑ，Ｃｈｅｎｇ Ｈ Ｆ，Ｚｈｏｕ ＹＪ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆ ｗｉｒｅ－ｂａｓｅｄｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒｓｕｓｉｎｇｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔａｐｐｒｏａｃｈ ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌＰｈｙｓ，２０１３，１１３（１１）：１１４９０２ １８ ＮａｓｉｒＭ Ｅ，Ｄｉｃｋｓｏｎ Ｗ，ＷｕｒｔｚＧ Ａ，ｅｔａｌ．Ｈｙｄｒｏｇｅｎｄｅｔｅｃｔｅｄｂｙ ｔｈｅｎａｋｅｄｅｙｅ：Ｏｐｔｉｃａｌｈｙｄｒｏｇｅｎｇａｓｓｅｎｓｏｒｓｂａｓｅｄｏｎｃｏｒｅ／ｓｈｅｌｌ ｐｌａｓｍｏｎｉｃｎａｎｏｒｏｄ ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ａｄｖ Ｍａｔｅｒ，２０１４，２６（２１）： ３５３２ １９ＳｈｒｅｋｅｎｈａｍｅｒＤ，Ｃｈｅｎ Ｗ Ｃ，Ｐａｄｉｌｌａ Ｗ Ｊ．Ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｔｕｎａｂｌｅ ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＬｅｔｔ，２０１３，１１０（１７）：１７７４０３ ２０ ＹａｎｇＨｕａｎｈｕａｎ，ＣａｏＸｉａｎｇｙｕ，ＧａｏＪｕｎ，ｅｔａｌ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｌｏｗ－ｒａｄａｒ ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐａｎｔｅｎｎａｂａｓｅｄｏｎｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒ［Ｊ］． ＡｃｔａＰｈｙｓＳｉｎ，２０１３，６２（６）：６４１０３（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） 杨欢欢，曹祥玉，高军，等．基于超材料吸波体的低雷达散射截面微带 宽带吸波超材料的研究进展／院 伟等 · ０１７·
·108 材料导报A:综迷 2016年11月(A)第30卷第11期 lns Phys Rev negativeindex plasmonic rialr 1.Phys Re t.2000.8518).3966 B.2009.79(4).045131 2 Pendry JB.Holden AJ.Robbins D.et Magnetism from condu Chen H T.Interferet e theory of metamaterial perfect absorbers ena[J].IEEE Trans Microw 911 al Multi-hand mi queney plasmons in metallic mesastructuresr 1 Phys Rey lett. hy4B.2014,23(1),017802 1996,76(25):4773 38 Ding F,Cui Y X.Ge X C,et al.Ultra-bro ve meta 21 on of the invers Doppler effee rLJ.Appl Phys Let 2012.100(10):1035 25 Liu Y M.Zhng .M A new frontier of science and echnology Chem Soc Rev,2011.40(5)494 40 Costa F.Ge esi S.Monorchio A.et al.A cireuit-based model fo 26 Vendik Vendik Metamaterias and their micr the int .Tech Phys,2013,58(1: 201363》:20 ons[].IEEE I Sel [Opt Ex To00uant.2011.171).99 ess,2012,20(25):27756 28 Landy N I.Bingham C M.Tyler T.et a Design.theory.and 42 Shen X.Cui T J.Zhao J.et al.Polariz ndependent wide-angl for terahertz rber[J].Opt Express.2011,19(10) d A C.et al.Highly flexible wide Design.fabri terial sbsorbers J Appl Phys.2011.110(1):01490 Phy Rev B.200 78(24):24110 Ma.LS.Bian B.e Mul-band ent coin-shaped struc r1 Rcg1t.010.105t71.07390i 45 Long C.Yin S.Wang W.et a Broodening the absorption band 31 Liu XL.Starr T.Starr A F.et al Infra d spatial and fre width of al abeorbers by trans magnetic harmonies of erial with near-unity Phy Rev 210 mode[J].Sei Rep2016.6:2143 32 Hao J M.Wang J.Liu X L.et al.High perfo Phys 2010.96 2013.1138).084007 25):251104 47 Shen Y.Pei Z.Pang Y.et al.An extr and light and its Y.Nie Y.Wang X.et al.Adiustable low frea bet.Present status and n Mater Rey.Rex.2015.29(9) 13(in Chinese) ross resonatorJ].J Appl Phys.2014.115(6):064902 宋荟荟，周万城，罗发，等超材料吸波体研究进展与展型[材料导 (青任编辑杨魔) ：综述篇，2015,29(9)：4 (上接第96页) 京小.在互联网上预测锌锅的寿命U门.腐速与防护，2007,28 1.49 Yang Q P ,2004,41 64 Zhou L J.MuZ T.Xing W,et al,Study of (2):13(in Chinese sedongrey neural network Equipment Envi- 杨启平，薛五德，整之达，变压器施缘老化的诊断与寿命评估[小.变 压器2004.41(2)：13 周立建，樱志形玮，等.于灰色神经网的有机涂层寿命预测 倍京r11梦多环域工程.9011.8(5)，62 (责任编辑周媛媛) 1994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.net
天线设计［Ｊ］．物理学报，２０１３，６２（６）：６４１０３ ２１ ＰｅｎｄｒｙＪＢ．Ｎｅｇａｔｉｖｅｒｅｆｒａｃｔｉｏｎｍａｋｅｓａｐｅｒｆｅｃｔｌｅｎｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖ Ｌｅｔｔ，２０００，８５（１８）：３９６６ ２２ ＰｅｎｄｒｙＪＢ，ＨｏｌｄｅｎＡＪ，ＲｏｂｂｉｎｓＤ，ｅｔａｌ．Ｍａｇｎｅｔｉｓｍｆｒｏｍｃｏｎｄｕｃ－ ｔｏｒｓａｎｄｅｎｈａｎｃｅｄｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｈｅｎｏｍｅｎａ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｍｉｃｒｏｗ ＴｈｅｏｒｙＴｅｃｈ，１９９９，４７（１１）：２０７５ ２３ ＰｅｎｄｒｙＪＢ，ＨｏｌｄｅｎＡＪ，ＳｔｅｗａｒｔＷ Ｊ，ｅｔａｌ．Ｅｘｔｒｅｍｅｌｙｌｏｗｆｒｅ－ ｑｕｅｎｃｙｐｌａｓｍｏｎｓｉｎ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍｅｓｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｐｈｙｓ Ｒｅｖ Ｌｅｔｔ， １９９６，７６（２５）：４７７３ ２４Ｓｅｄｄｏｎ Ｎ，Ｂｅａｒｐａｒｋ Ｔ．ＯｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅＤｏｐｐｌｅｒｅｆｆｅｃｔ ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００３，３０２（５６５０）：１５３７ ２５ ＬｉｕＹ Ｍ，ＺｈａｎｇＸ．Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ａｎｅｗｆｒｏｎｔｉｅｒｏｆｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＣｈｅｍＳｏｃＲｅｖ，２０１１，４０（５）：２４９４ ２６ ＶｅｎｄｉｋＩ，ＶｅｎｄｉｋＯ．Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｍｉｃｒｏ－ ｗａｖｅｓ：Ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＴｅｃｈＰｈｙｓ，２０１３，５８（１）：１ ２７ ＴａｏＨ，ＰａｄｉｌｌａＷＪ，ＺｈａｎｇＸ，ｅｔａｌ．Ｒｅｃｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇ－ ｎｅｔｉｃｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｄｅｖｉｃｅｓｆｏｒｔｅｒａｈｅｒｔｚａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＪＳｅｌ ＴｏｐＱｕａｎｔ，２０１１，１７（１）：９２ ２８ Ｌａｎｄｙ ＮＩ，Ｂｉｎｇｈａｍ Ｃ Ｍ，ＴｙｌｅｒＴ，ｅｔａｌ．Ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｏｒｙ，ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆａｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ－ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅａｂｓｏｒｂｅｒｆｏｒｔｅｒａｈｅｒｔｚｉｍａ－ ｇｉｎｇ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＢ，２００９，７９（１２）：１２５１０４ ２９ ＴａｏＨ，ＢｉｎｇｈａｍＣ Ｍ，ＳｔｒｉｋｗｅｒｄａＡＣ，ｅｔａｌ．Ｈｉｇｈｌｙｆｌｅｘｉｂｌｅｗｉｄｅ ａｎｇｌｅｏｆｉｎｃｉｄｅｎｃｅｔｅｒａｈｅｒｔｚｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒ：Ｄｅｓｉｇｎ，ｆａｂｒｉｃａ－ ｔｉｏｎ，ａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖＢ，２００８，７８（２４）：２４１１０３ ３０ Ｃｈｅｎ Ｈ Ｔ，ＺｈｏｕＪＦ，Ｏ’ＨａｒａＪＦ，ｅｔａｌ．Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｏａｔｉｎｇ ｕｓｉｎｇｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｔｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ［Ｊ］．Ｐｈｙｓ ＲｅｖＬｅｔｔ，２０１０，１０５（７）：０７３９０１ ３１ ＬｉｕＸＬ，ＳｔａｒｒＴ，ＳｔａｒｒＡＦ，ｅｔａｌ．Ｉｎｆｒａｒｅｄｓｐａｔｉａｌａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈ ｎｅａｒ－ｕｎｉｔｙａｂｓｏｒｂａｎｃｅ［Ｊ］．Ｐｈｙｓ Ｒｅｖ Ｌｅｔｔ，２０１０，１０４（２０）：２０７４０３ ３２ ＨａｏＪＭ，ＷａｎｇＪ，ＬｉｕＸＬ，ｅｔａｌ．Ｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｐｔｉｃａｌａｂｓｏｒ－ ｂｅｒｂａｓｅｄｏｎａｐｌａｓｍｏｎｉｃｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．ＡｐｐｌＰｈｙｓＬｅｔｔ，２０１０，９６ （２５）：２５１１０４ ３３ ＬｉｕＮ，ＭｅｓｃｈＭ，ＷｅｉｓｓＴ，ｅｔａｌ．Ｉｎｆｒａｒｅｄｐｅｒｆｅｃｔａｂｓｏｒｂｅｒａｎｄｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｓｐｌａｓｍｏｎｉｃｓｅｎｓｏｒ［Ｊ］．ＮａｎｏＬｅｔｔ，２０１０，１０（７）：２３４２ ３４ＳｏｎｇＨｕｉｈｕｉ，Ｚｈｏｕ Ｗａｎｃｈｅｎｇ，ＬｕｏＦａ，ｅｔａｌ．Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒ－ ｂｅｒ：Ｐｒｅｓｅｎｔｓｔａｔｕｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔ［Ｊ］．ＭａｔｅｒＲｅｖ：Ｒｅｖ，２０１５，２９（９）： ４３（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） 宋荟荟，周万城，罗发，等．超材料吸波体研究进展与展望［Ｊ］．材料导 报：综述篇，２０１５，２９（９）：４３ ３５ ＡｖｉｔｚｏｕｒＹ，ＵｒｚｈｕｍｏｖＹ Ａ，ＳｈｖｅｔｓＧ．Ｗｉｄｅ－ａｎｇｌｅｉｎｆｒａｒｅｄａｂｓｏｒ－ ｂｅｒｂａｓｅｄｏｎａｎｅｇａｔｉｖｅ－ｉｎｄｅｘｐｌａｓｍｏｎｉｃｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．ＰｈｙｓＲｅｖ Ｂ，２００９，７９（４）：０４５１３１ ３６ Ｃｈｅｎ Ｈ Ｔ．Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｔｈｅｏｒｙｏｆｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｐｅｒｆｅｃｔａｂｓｏｒｂｅｒｓ ［Ｊ］．ＯｐｔＥｘｐｒｅｓｓ，２０１２，２０（７）：７１６５ ３７ ＷａｎｇＧＤ，ＬｉｕＭ Ｈ，ＨｕＸ Ｗ，ｅｔａｌ．Ｍｕｌｔｉ－ｂａｎｄｍｉｃｒｏｗａｖｅｍｅｔａ－ ｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒｂａｓｅｄｏｎｃｏｐｌａｎａｒＪｅｒｕｓａｌｅｍｃｒｏｓｓｅｓ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ ＰｈｙｓＢ，２０１４，２３（１）：０１７８０２ ３８ ＤｉｎｇＦ，ＣｕｉＹＸ，ＧｅＸＣ，ｅｔａｌ．Ｕｌｔｒａ－ｂｒｏａｄｂａｎｄｍｉｃｒｏｗａｖｅｍｅｔａ－ ｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒ［Ｊ］．ＡｐｐｌＰｈｙｓＬｅｔｔ，２０１２，１００（１０）：１０３５０６ ３９ Ｋｉｍ ＹＪ，ＹｏｏＹＪ，Ｋｉｍ Ｋ Ｗ，ｅｔａｌ．Ｄｕａｌｂｒｏａｄｂａｎｄｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ ａｂｓｏｒｂｅｒ［Ｊ］．ＯｐｔＥｘｐｒｅｓｓ，２０１５，２３（４）：３８６１ ４０ ＣｏｓｔａＦ，ＧｅｎｏｖｅｓｉＳ，ＭｏｎｏｒｃｈｉｏＡ，ｅｔａｌ．Ａｃｉｒｃｕｉｔ－ｂａｓｅｄｍｏｄｅｌｆｏｒ ｔｈｅｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｆｅｃｔｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴＡｎ－ ｔｅｎｎＰｒｏｐａｇ，２０１３，６１（３）：１２０１ ４１ ＰｅｎｇＸＹ，ＷａｎｇＢ，ＬａｉＳ，ｅｔａｌ．Ｕｌｔｒａｔｈｉｎｍｕｌｔｉ－ｂａｎｄｐｌａｎａｒｍｅｔａ－ ｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒｂａｓｅｄｏｎｓｔａｎｄｉｎｇｗａｖｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ［Ｊ］．ＯｐｔＥｘ－ ｐｒｅｓｓ，２０１２，２０（２５）：２７７５６ ４２ＳｈｅｎＸ，ＣｕｉＴＪ，ＺｈａｏＪ，ｅｔａｌ．Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｗｉｄｅ－ａｎｇｌｅ ｔｒｉｐｌｅ－ｂａｎｄｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒ［Ｊ］．ＯｐｔＥｘｐｒｅｓｓ，２０１１，１９（１０）： ９４０１ ４３ ＬｉＨ，Ｙｕａｎ Ｌ Ｈ，ＺｈｏｕＢ，ｅｔａｌ．Ｕｌｔｒａｔｈｉｎ ｍｕｌｔｉｂａｎｄｇｉｇａｈｅｒｔｚ ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒｓ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌＰｈｙｓ，２０１１，１１０（１）：０１４９０９ ４４ ＭａｏＺ，ＬｉｕＳ，Ｂｉａｎ Ｂ，ｅｔａｌ．Ｍｕｌｔｉ－ｂａｎｄｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ－ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒｂａｓｅｄｏｎＣｈｉｎｅｓｅａｎｃｉｅｎｔｃｏｉｎ－ｓｈａｐｅｄｓｔｒｕｃ－ ｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌＰｈｙｓ，２０１４，１１５（２０）：２０４５０５ ４５ ＬｏｎｇＣ，ＹｉｎＳ，Ｗａｎｇ Ｗ，ｅｔａｌ．Ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｂａｎｄ－ ｗｉｄｔｈｏｆｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒｓｂｙｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｍａｇｎｅｔｉｃｈａｒｍｏｎｉｃｓｏｆ ２１０ｍｏｄｅ［Ｊ］．ＳｃｉＲｅｐ，２０１６，６：２１４３１ ４６ ＰａｎｇＹ，ＣｈｅｎｇＨ，ＺｈｏｕＹ，ｅｔａｌ．Ｄｏｕｂｌｅ－ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ ｓｕｒｆａｃｅｓｆｏｒｂｒｏａｄｂａｎｄ ｍｉｃｒｏｗａｖｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ ＡｐｐｌＰｈｙｓ， ２０１３，１１３（８）：０８４９０７ ４７ＳｈｅｎＹ，ＰｅｉＺ，ＰａｎｇＹ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｘｔｒｅｍｅｌｙｗｉｄｅｂａｎｄａｎｄｌｉｇｈｔ－ ｗｅｉｇｈｔｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒ［Ｊ］．Ｊ ＡｐｐｌＰｈｙｓ，２０１５，１１７（２２）： ２２４５０３ ４８ Ｃｈｅｎｇ Ｙ，ＮｉｅＹ，Ｗａｎｇ Ｘ，ｅｔａｌ．Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄ ｂｒｏａｄｂａｎｄｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒｂａｓｅｄｏｎｍａｇｎｅｔｉｃｒｕｂｂｅｒｐｌａｔｅａｎｄ ｃｒｏｓｓｒｅｓｏｎａｔｏｒ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌＰｈｙｓ，２０１４，１１５（６）：０６４９０２ （责任编辑 杨 霞 檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸 ） （上接第９６页） ６２ ＹａｎｇＱＰ，Ｘｕｅ Ｗ Ｄ，ＬａｎＺＤ．Ａｇｉｎｇｄｉａｇｎｏｓｉｓａｎｄｅｘｐｅｃｔｅｄｌｉｆｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｆｏｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，２００４，４１ （２）：１３（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） 杨启平，薛五德，蓝之达．变压器绝缘老化的诊断与寿命评估［Ｊ］．变 压器，２００４，４１（２）：１３ ６３ＺｈａｎｇＸ Ｇ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｌｉｆｅｇａｌｖａｎｉｚｅｄｓｔｅｅｌｏｎｉｎｔｅｒｎｅｔ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓ Ｐｒｏｔｅｃｔ，２００７，２８（１）：４９（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） 章小鸽．在互联网上预测镀锌钢的寿命［Ｊ］．腐 蚀 与 防 护，２００７，２８ （１）：４９ ６４ ＺｈｏｕＬＪ，ＭｕＺＴ，ＸｉｎｇＷ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｆｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆ ｏｒｇａｎｉｃｃｏａｔｉｎｇｓｂａｓｅｄｏｎｇｒｅｙｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＥｎｖｉ－ ｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇ，２０１１，８（５）：６２（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ） 周立建，穆志韬，邢玮，等．基于灰色神经网络的有机涂层寿命预测 研究［Ｊ］．装备环境工程，２０１１，８（５）：６２ （责任编辑 周媛媛） · ０１８· 材料导报 Ａ：综述篇 ２０１６年１１月（Ａ）第３０卷第１１期