陶瓷基复合材料的介电常数和磁导率双负机理研究

前期研究发现，一定微观结构的金属陶瓷具有双负性，即高频介电常数和磁导率均为负。这种新型双负材料是利用选择性还原工艺制备的，其主要微观特征是：陶瓷基体中金属相呈网络状分布。本项目拟制备分别含有金属相、纳米线、半导体相的不同陶瓷基复合材料。针对导致负介电的等离体子振荡特性,研究复合材料中金属等物相的体积分数、形貌等对等离体振荡特性以及介电函数的影响；针对导致负磁导率的低阻尼磁共振特性，研究铁磁相的组分、尺寸对阻尼系数和共振行为的影响，探明磁谱特征与磁结构本征参数的关系；在上述研究基础上调整材料的组分和制备工艺，通过微波传播实验，在某些微波波段同时实现负介电常数和负磁导率。本项目着眼于常规途径制备的"真实材料"的负介电常数和负磁导率，与金属线和谐振环构成的metamaterials相比，拓宽了双负材料的内涵，具有重要的理论意义。本项目所探索的双负材料在隐身、通讯和导航等领域具有良好的应用前景。

本项目聚焦于金属/陶瓷异质复合材料的新物性研究，双负性质研究成果具有鲜明特色。传统上为正值的介电常数和磁导率两个物性参数的调控，是电磁相关材料的重要科学问题，在隐身、透波、电子元器件等领域具有重要应用。近年来，周期性金属阵列构造的“超”材料以其负介电常数、负磁导率和超常电磁性质备受关注，也给相关“真”材料研究提出了挑战。申请者提出“利用复合材料技术对金属陶瓷微结构剪裁获得常规双负材料”学术思路，针对陶瓷基体中金属功能体微结构剪裁，提出了液相制备技术，发现了双连续相金属陶瓷的双负性质并可通过金属功能体调控等新现象与新规律，揭示了射频等离体子振荡导致负介电常数等相关机理，开辟了基于金属复合材料探索双负材料的新途径。以上工作均在国内完成。研究结果在Adv. Mater.和Adv. Funct. Mater.等期刊发表SCI/EI收录论文26篇，论文他引100余次，基础研究推动了隐身涂层等重要军工应用。