基于铁磁流体设计的软光学特异材料的物性研究

We will design soft optical metamaterial based on ferrofluids containing isotropic Fe3O4 nanoparticles, each having an isotropic Ag shell suspended in water. We study the principle of superlen of such soft metamaterial by using theoretical and computer simulation methods. Based on the soft metamaterial, we can design some Photonic device, which will be used in biomedicine. The proposed concept of soft optical matamaterials add us an external freedom (external fields) to control the structure of the materials, so the optical properties of the materials will change as the external field change.

我们基于铁磁流体设计的软光学特异材料由四氧化三铁颗粒外面包裹银壳层分散在水中形成的复合材料。利用理论分析和计算机模拟相结合的方法，研究这种软光学特异材料超成像的原理和一些应用。基于这种软光学特异材料，我们可以设计一些具有特殊功能的光学仪器，它们在生物医学方面有一些潜在应用。软光学特异材料概念的提出，使得我们多了一个自由度来调控体系的结构，即可以通过调节外场等来调节体系的结构，因此材料的性质会随着外场的变化而变化。

之前研究的热隐身衣，物体放在器件的中间部位，不会受到外部热流的影响。我们进一步研究外部热隐身衣，隐身的物体放在器件的外部达到隐身的效果。设计该隐身衣时会用到热导率为负的材料。实验上，我们可以用等效的方式实现负热导率。在过去的几十年里，可再生能源得到了很多的关注。除了太阳能，另一个重要的能量来源是热能，可以从环境中收集。考虑到实际应用，我们研究任意形状的热集中器。这种热集中器在生产实践中有很多的潜在的应用。基于变换热学的方法和热特异材料，我们可以设计具有特殊功能的热学器件，可以用来任意的调控热流。我们用变换介质来调控电流。我们设计了一个正方形的电流隐身斗篷和圆柱形电流旋转器。二维有限元模拟的结果证明了我们的理论预测。数值模拟结果表明，方形电流隐身斗篷可以保护一个给定的区域。圆筒形的电流旋转器可以把电流旋转一个给定的角度。原则上，我们可以设计任意形状的电流隐身斗篷和电流旋转器，也可以设计具有其它特殊功能的电子设备。随着纳米加工技术的快速发展，我们也可以把我们的研究方法拓展到纳米电子学领域。另外，我们还可以使用复合材料和特异材料来设计具有特殊功能的器件。这些人工材料具有的特性可以远远超出了自然材料，而这种材料可以实现前所未有的电流调控和有趣的应用，如电阻抗断层成像相关领域和军事伪装方面。我们的工作发现，经碳化硅吸附，石墨烯纳米带的带隙拟合公式有了很大的变化，拟合结果可以很好地符合实验结果。我们的计算结果可以帮助我们解释实验上观测到的单通道输运现象。