液固耦合可调频三维超材料结构制造及其隐形特性研究

非均匀超材料结构可控制电磁波传播方向，从而实现电磁波隐形功能。超材料的单元结构/空间拓扑结构/外形的多样性和复杂性，使得制造超材料结构面临着巨大的挑战。如何获得可调频三维超材料，实现多频或宽频隐形，尤为困难。本项目以光固化快速原型方法为基础，在微波频段（GHz）开展可调频三维超材料结构的可控设计与制造工艺研究；采用液固耦合的方法，制备可调频三维超材料结构；揭示液相介质的组成对其等效介电常数的影响规律，建立液固耦合超材料中液相介质的时变特性对其微波传输性能的影响规律，在不改变超材料结构的条件下获得可调频特性，实现多频段微波隐形。充分认识超材料微观/宏观结构、介电常数对其微波隐形性能的影响，探索具有复杂空间曲面的三维超材料结构的设计理论与建模方法；建立面向功能需求的可调频微波隐形器件微观单元组织与宏观三维结构的集成制造方法，推动超材料在微波隐形领域的应用。

非均匀超材料结构可用于控制电磁波传播方向，从而实现电磁波空间传播调控，实现空间电磁场隐形、吸收等功能。超材料的单元结构/空间拓扑结构/外形的多样性和复杂性，使得制造超材料结构面临着巨大的挑战。本项目以光固化3D打印方法为基础，在微波频段（GHz）开展液固耦合三维超材料结构的可控设计方法与制造工艺研究。充分认识超材料微观/宏观结构、介电常数分布对其微波传输性能的影响规律；探索基于液固耦合超材料结构的空间复杂电磁波器件的设计理论与建模方法，实现了如电磁波隐身罩、电磁黑洞以及龙伯透镜等电磁波器件；建立了面向功能需求的宽频微波隐形、微波调控器件微观单胞与宏观三维结构的集成制造方法，推动超材料在微波调控领域的应用。项目在如下五个方面取得了创新性成果：1）提出了功能驱动的超材料结构数字化设计理论与实施方法，与3D打印技术相结合，实现复杂结构电磁调控器件的设计与制造；2）实现了宽频、低损耗的介电常数大范围可调液固耦合介质设计与制备，建立了介电常数大范围可调液固耦合介质的制备方法；3）采用宏、微结构一体化设计方法，实现了基于超材料结构的电磁波隐身罩的设计与制造，依托3D打印技术，探索实现电磁波隐形的新途径；4）以功能驱动的设计方法与3D打印制造工艺相结合，首次实现三维超材料结构“电磁黑洞”、“伊顿透镜”等微波调控器件的设计与制造；5）以宽频、低损耗液体介质为原材料，结合3D打印工艺，实现了三维电磁波调控的液固耦合雷达天线器件的设计与制造。 经过三年的系统研究，项目取得了显著成果，培养博士研究生1名，硕士研究生4名；在Applied Physics Letters、Optics Express、Journal of Applied Physics、Rapid Prototyping Journal等高水平期刊发表研究论文8篇；在微波学报、机械工程学报、中国科学等国内学术权威期刊发表论文5篇；参加Piers等电磁场领域知名国际会议12人次；申请发明专利4项，授权1项；相关研究成果获得陕西省首届研究生创新成果一等奖。