多层有序螺旋结构材料宽频太赫兹吸收机理与成形方法研究

Materials with good terahertz absorbing performance have a great application potential in the civil and military field. Because the absorbed ability of conventional materials is poor in terahertz frequency, while terahertz metamaterials have narrow absorbing band and there are some difficulties to design metamaterials for absorbing wideband THz wave. This project proposes a wideband THz absorbing material including oriented spiral particles and study the mechanism and fabrication method of the wideband THz absorber. A theoretical model of good precision is investigated to calculate the effective electromagnetic parameters, and a method is proposed to optimize the absorbing property of a multilayer structure. On the basis of the collection of electromagnetic parameters, the optimization of a wideband THz absorber is finished. Then the method by employing rotating magnetic field is investigated to control the ordering arrangement of spiral particles in the host medium and finally verify the absorbing performance of the prepared THz absorbing material by experimental measurements. This project aims to promote the theory and technology development for terahertz absorbing materials and make contribution to civil terahertz engineering technology and military terahertz stealth technology.

随着太赫兹技术在民用领域和军事领域的广泛应用，迫切需要发展高性能的太赫兹吸波材料。常规吸波材料太赫兹吸收性能差，频选超结构太赫兹吸收频带窄、宽频设计存在工作量大、随机强等不足。本项目针对太赫兹吸波的重要需求，开展有序螺旋结构宽频太赫兹吸波材料机理与方法研究，建立螺旋结构吸波材料电磁特性参数高精度理论模型，研究多层螺旋结构太赫兹吸波材料优化设计方法，在螺旋结构吸波材料电磁参数集的基础上完成宽频带太赫兹吸波性能优化设计，研究旋转磁场有序排布微螺旋颗粒方法，根据设计结果完成有序螺旋结构宽频太赫兹吸波材料制造并进行测试验证，满足项目指标要求。通过本项目研究，将拓展太赫兹吸波材料的理论与技术体系，为推动民用上太赫兹工程技术及军事上太赫兹隐身技术的发展作出贡献。

随着太赫兹技术在民用领域和军事领域的广泛应用，迫切需要发展高性能的太赫兹吸波材料。由于常规混合型吸波材料存在太赫兹吸收性能差，而超材料又存在加工成本高、大面积制备困难等问题，因此，迫切需要发展新型高性能太赫兹吸波材料。为此，本项目提出有序螺旋结构宽频太赫兹吸波材料机理与方法研究，主要研究内容包括螺旋结构吸波材料电磁特性参数建模、螺旋结构太赫兹吸波材料宽频带吸收性能设计、多层有序螺旋结构太赫兹吸波材料可控成形方法及多层有序螺旋结构太赫兹吸波材料吸收性能测试验证四个方面，各个内容执行情况如下：.（1）螺旋结构吸波材料电磁特性参数建模.根据天线理论与动态均匀化理论建立了螺旋结构吸波材料电磁特性参数理论计算模型，研究出了基于散射参数的等效电磁参数提取修正方法，成功实现了螺旋结构太赫兹吸波材料的等效电磁参数高精度提取。.（2）螺旋结构太赫兹吸波材料宽频带吸收性能设计.基于传输线理论与遗传算法建立了多层螺旋结构吸波材料吸收性能优化设计方法，同时构建了较为丰富的螺旋结构吸波材料电磁参数库，在这些基础上，设计出了亚毫米厚度下0.1~2.0 THz范围内-10dB吸收带宽超过1.5 THz的超宽带太赫兹吸波材料。.（3）多层有序螺旋结构太赫兹吸波材料可控成形方法.研究了基于化学镀工艺的螺旋吸波颗粒可控制造方法，建立了磁性螺旋吸波颗粒在磁场中的磁化和运动特性理论模型，提出了基于磁场旋转平面控制的微螺旋颗粒排布方法，搭建了磁场定向排布实验系统并通过了实验验证。.（4）多层有序螺旋结构太赫兹吸波材料吸收性能测试验证.制备出了宽频太赫兹吸波材料样件，利用太赫兹时域光谱RCS测试系统对样件吸收性能进行测试，并对测试结果进行了分析。.通过本项目研究，将拓展太赫兹吸波材料的理论与技术体系，为推动民用上太赫兹工程技术及军事上太赫兹隐身技术的发展作出贡献。