超材料研究从提出至今历经20余年, 得到了突飞猛进的发展, 其中,超材料吸波特性是研究热点之一。针对此研究热点, 简述了超材料吸波体的提出, 综述了超材料吸波体的发展, 重点介绍了几种基本类型的超材料吸波体, 如加载集总元件的超材料吸波体、多单元或多层结构超材料吸波体、多类型材料复合超材料吸波体, 最后展望了超材料在隐身技术中的应用前景, 并给出了超材料隐身技术走向实用化所面临的若干挑战及发展建议。
超材料 集总元件 多单元或多层结构 多类型材料复合 隐身技术 metamaterial lumped element multi-unit or multi-layer structure multi-type material composite stealth technology
东莞理工学院电子工程与智能化学院, 广东 东莞230009
具有多层结构特征的微纳结构在新型显示、半导体、MEMS等领域具有广阔的应用前景。现有的干涉测量相位解析方法如白光干涉、光谱干涉利用多层反射光与参考光的干涉信息实现多层三维重构。然而, 当介质层数较多时, 相邻介质层的干涉信号严重影响测量精度, 且在大台阶、高曲率等复杂结构检测中具有许多局限性。基于结构光调制度解析的测量方法以其非接触、高精度、高适应性等特点在复杂微纳结构检测领域中占有重要地位。将结构光调制度测量原理应用于多层结构同步三维重构, 通过对不同的介质层成像, 进而解析出不同层结构的调制度分布, 最后实现多层结构及其厚度分布同步三维测量。
微纳结构 三维重构 结构光 调制度 多层结构 micro nano structure three-dimensional reconstruction structured light modulation multilayer structure
1 南京邮电大学电子与光学工程学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学贝尔英才学院，江苏 南京 210023
为了解决宽带吸收器结构设计复杂的问题，提出了一种结构简单、偏振不敏感、吸收性能优良的超材料太赫兹宽带吸收器。该吸收器采用对称结构设计，以金属层--介质层--金属层的三层架构为基础。其中，介质层中嵌入了两个不同尺寸的圆形金属片，从而形成多层结构。采用频域有限元法(Frequency Domain Finite Element Method, FEM)分析了该吸收器的宽带吸收率、偏振敏感性和入射角度等特性。仿真结果表明: 该吸收器可以实现5.86~7 THz的宽带吸收，吸收带宽为1.14 THz，带宽内的吸收率在95%以上，且对于垂直入射的电磁波偏振并不敏感，在一定入射角度内依然保持宽带吸收。该吸收器结构设计简单且具有优良的性能，在太赫兹成像和电磁隐身等领域中具有重要的应用价值。
太赫兹 超材料 多层结构 偏振不敏感 宽带吸收器 terahertz metamaterial multilayer structure polarization-insensitive broadband absorber
河南理工大学材料科学与工程学院, 焦作 454000
由于独特的层状结构和原子间特殊的化学键合, MAX相陶瓷材料(化学式为Mn+1AXn)兼具金属和陶瓷材料的优异性能, 在很多领域具有广泛的应用前景, 自20世纪60年代问世以来就一直备受关注。至今已经发现了100多种MAX相陶瓷材料, 其中包括80余种单相以及一系列固溶体。传统的MAX相局限于一定的元素范围和若干M6X层与单A原子层交替堆垛的结构。最近含有Au、Ir、Cu、Zn等新元素的MAX相材料的成功合成大大丰富了MAX相家族, 多A层和多MA层结构MAX相的发现也打开了新型MAX相研究的一扇大门。随着理论计算的发展和实验条件的进步, 越来越多的新型MAX相陶瓷材料逐渐出现在人们的视野中。本文综述了基于新元素和新多层结构的MAX相的国内外实验合成和理论研究进展, 并指出了后续研究需要克服的问题, 最后对新型MAX相的研究方向和发展趋势进行了预测和展望。
MAX相陶瓷材料 MAX相 新元素MAX相 多层结构MAX相 多A层MAX相 多MA层MAX相 第一性原理 MAX phase ceramic material MAX phase MAX phases with new element MAX phase with multilayer structure MAX phases with multi-A layer MAX phase with multi-MA layer first-principle
深圳大学物理与光电工程学院，广东 深圳 518061
从理论上提出了一种由黑磷/介质多层结构包覆的等离子体波导。利用MATLAB数值求解该波导的色散方程，进而仿真出波导的有效折射率、传播长度、趋肤深度及品质因数等性能参数曲线。由仿真曲线可知，波导的性能与黑磷/介质多层结构中的电子掺杂率正相关，与单元层中介质层厚度负相关。与同类型金属/介质多层结构波导的性能比较后可知，黑磷/介质多层结构波导在中红外及远红外波段具更大的传播长度、更小的趋肤深度及更大的品质因数。该波导可调谐且性能优良。
材料 波导 黑磷/介质多层结构 可调谐性 电子掺杂率 有效介电常数 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2316005
1 中国科学院国家空间科学中心 微波遥感重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
3 齐鲁工业大学(山东科学院)自动化研究所 山东省科学院超宽带与太赫兹技术培育性重点实验室，山东 济南 250013
因为太赫兹技术可以克服传统无损检测技术的局限性，具有穿透普通非金属材料等优点，可被用于分析层状材料的内部结构和内层厚度。本文首先介绍了太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)在透射模式下的工作原理，然后使用Rouard等效界面理论来描述多层结构中波的传播，推导得到透射模式下太赫兹波在三层介质中的理论传输模型。通过太赫兹时域光谱系统对制备的样品进行了透射成像。结果证明样品内部聚氯乙烯(PVC)薄片的位置和形状等信息可以被探测到，从而为探测多层材料内部结构提供理论和实验依据。
太赫兹时域光谱技术 无损检测 多层结构 缺陷识别 terahertz time domain spectroscopy nondestructive testing multilayer structure defect recognition 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(3): 366
1 中国科学院国家空间科学中心 微波遥感重点实验室，北京0090
2 中国科学院大学，北京100049
3 齐鲁工业大学（山东科学院）自动化研究所 山东省科学院超宽带与太赫兹重点实验室， 济南25001
在工业应用中，大多数情况下的复合结构介质仅有一面可以被检测，因此需要研究反射模式下检测介质内部参数的太赫兹无损检测方法.推导了反射模式下太赫兹波在三层结构介质中的传输模型，通过遗传算法共同反演估计得到中间分层的厚度，以及它的折射率，从而获得中间隐藏层的具体信息.制备了具有200 µm的隐藏分层的三层结构样品，利用太赫兹时域光谱系统对其进行了测量，将理论模型与实测数据进行对比，利用遗传算法估计得到隐藏层的厚度和折射率，将厚度估计值与测厚仪测量结果对比，误差保持在4%以内，折射率估计值与实际值相比，误差范围波动较大，平均误差为6%左右，最后对误差来源进行了分析，为多层复合材料内部缺陷、中间层材料的介电参数估计提供了理论和实验依据.研究表明该系统作为一种无损评价方法可以广泛应用于层状结构的可靠性评价.
Non-destructive Terahertz time-domain spectroscopy Genetic algorithm Multilayered structure Reflection mode 无损检测 太赫兹时域光谱 遗传算法 多层结构 反射模式
湖南科技大学智能制造研究院难加工材料高效精密加工湖南省重点实验室,湖南 湘潭 411201
激光增材制造（LAM）涉及了复杂的热作用加工过程,在该工艺下制备的多层结构成形件也具有复杂的微观组织结构特征。而成形件的微观组织结构特征决定了其机械性能,优化微观组织结构特征是进一步实现机械性能的精确调控的关键所在。本文综述了LAM多层结构成形件的微观组织结构特征,总结了其微观组织结构特征演变的影响因素,为实现LAM多层结构成形件的微观组织结构特征优化提供参考。
激光光学 激光增材制造 多层结构成形 微观组织结构特征 影响因素 激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0100007
