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“超材料”在隐身技术领域应用价值潜力极大

2024-02-06 09:08:52 来源:中国产业用纺织品行业协会

  超材料(Metamaterial)是一类具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料,通过设计可以表现出负介电常数、负磁导率、负折射率、逆多普勒效应等超常物理特性,其一系列奇异特性不主要取决于构成材料的本征属性,而决定于超材料单元结构的图案形状、尺寸、排列方式以及介质层的电磁参数等因素。

  超材料是“材料”又不是“材料”,说其是“材料”是因为其结构组成材料是现实存在的,说其不是“材料”是因为其通过微结构的设计实现了目前自然界现有材料所不具备的物理特性。

  近年来超材料在微波段及太赫兹频段的各种应用,如完美透镜、完美吸收、介质天线、极化控制、隐身斗篷等方面备受关注。其中,超材料吸波特性研究是研究热点之一。

  超材料可以克服传统吸波材料低频段工作瓶颈,还可以通过设计实现体积小、厚度薄、质量轻的结构特点,在隐身技术领域具有极大的潜在应用价值。

  超材料在隐身技术的应用

  目前,国内外已有很多关于超材料隐身技术的研究工作。以下将概述性地介绍几种主流的超材料隐身技术的研究现状,包括变换光学隐身技术、等离激元隐身技术、覆罩式隐身技术等。

  1、基于变换光学的超材料隐身技术

  由于电磁波不能够进入这个物理空间,因此这个物理空间内放置的任意目标物体都将处于电磁屏蔽的状态,外部电磁探测器无法对该区域内的物体进行识别,从而实现完美隐身。

  超材料对本构参数的强大调控能力,为这种变换光学隐身衣实验的实现提供了可能性。

  2、等离激元隐身衣

  构建这类隐身衣采用的是均匀且各向同性的材料,这与变换光学隐身衣对材料性能和加工工艺的严苛要求形成了鲜明对比。因此,这类隐身衣的物理实现和实验验证难度大幅度降低。在实验上,这类隐身衣可以通过设计等离激元超构材料或超薄共形超构表面进行实现。

  3、覆罩式隐身衣

  覆罩式隐身衣(Mantle Cloak)也是通过抵消目标散射场的主要散射项来抑制总散射场。不同之处在于,覆罩式隐身衣采用的不是能够感应出反相偶极矩的等离子体球体外壳,而是一层超薄的阻抗表面。通过合理设计这层阻抗表面的平均表面阻抗,该阻抗表面被激励起的表面感应电流能够产生与目标相反的散射场,从而实现散射相消。

  近些年来已有大量关于超材料吸波体的研究,通过设计成不同的结构形式,实现了低频化、宽频带、强吸收、大角度、极化不敏感、智能可调等优异的性能,使吸波材料设计实现了巨大的飞跃。

  它所具有的优良的吸波特性和巨大的应用价值使其在雷达天线、隐身、电子对抗等许多装备技术领域均拥有巨大的发展空间和应用潜力,其前景广阔并且影响深远。

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