柔性电磁超常材料的制备及其特性研究

Electromagnetic metamaterials (EMs)typically consist of periodic distributions of designed structures, exhibiting responses not present in naturally occuring materials. It implied that it is possible to fabricate the perfect lens and electromagnetic invisibility cloaking. However, most of the applications based on EMs are limited by their planar fabrication approach. The EMs are hard and stiff. Only the incident electromagnetic wave is perpendicular to the surface of the EMs, they yield both negative electric permittivity and magnetic permeability. Thus makes EMs could be used for cloaking only on one direction. To solve these defects, in this subject, flexible metamaterials were introduced to realize the 3D cloaking. Here, fabrication and properties of flexible Terahertz metamaterials with stacked subwavelength hole arrays were studied. It laid the groundwork for eventually developing 3D metamaterials in THz, also offering new ideas and scientific basis to research and application metamaterials in acoustic waves, microwave, and visible frequencies range.

电磁超常材料的出现使人们制备出"隐身斗篷"成为可能，但是目前基于平面加工技术制备的超常材料大多是刚性的且只能在特定方向才会呈现出"隐身"性能。为了解决这一问题，本课题采用柔性介质作为基底制备出可弯曲的超常材料，使材料表面能够适应来自任何入射方向的电磁波，实现该材料三维方向隐形的功能。本项目主要研究用于太赫兹（THz）波段电磁隐形的亚波长金属孔阵列柔性超常材料的制备方法，以及THz电磁波在亚波长金属孔阵列超常材料中的传输机制，为最终开发出在THz波段具有立体三维隐形功能的超常材料奠定基础，也为其他波段（如声波、微波、光学频段）的三维隐身材料的研究与应用提供新的思路和科学依据。

本项目研究了基于柔性衬底的电磁超常材料性能及制备技术，为三维人工电磁材料的研究提供依据。主要研究内容包括：THz电磁波在亚波长金属孔阵列超常材料中的传输行为及超常材料与THz电磁波相互作用机制；研究了不同谐振单元结构的结构参数对等效电磁参数的影响；研究了柔性衬底超常材料的制备技术和工艺，研究了具有柔性可弯曲的THz超常材料；基于电磁波在人工电磁材料中的传输特性，设计了几种基于柔性衬底的THz波段电磁吸波器。.在国家自然科学基金支持下，我们基本完成了项目预期目标。通过本项目，我们对亚波长周期结构阵列的超常材料进行了系统的研究。在理论推导的基础上建立简单模型，提取有效电磁参数，并通过实验验证模型的正确性，采用可弯曲的聚合物作为衬底来制备具有太赫兹响应的柔性超常材料。为柔性太赫兹超常材料及其器件的研究与应用奠定基础，也为其他波段的三维隐身材料的研究与应用提供新的思路和科学依据。基于本项目相关研究成果，在学术期刊上发表了3篇SCI 论文，1篇会议论文，申请了1项发明专利，还有部分成果正在整理待发表。