声学超材料与结构工程应用前景展望

从认识声学超材料开始作介绍。首先对左手材料(负折射率材料)的基本原理、基础知识和如何制备等方面来展开阐述,进而对声学超材料工程应用与前景作展望,并对声学超材料为声成像和对亚波段声音的控制可能的新应用作介绍。还适当介绍损耗补偿(loss-compensating)材料、宇称时间对称(parity-time-symmetric)材料的发展。受人工耳蜗独立滤波机理的启发,介绍用声学超材料设计仿生的复合扬声器听音系统来对分散的频率进行调制,结合声学超材料和感知压缩的功能,介绍了一种单传感复合扬声器听音系统,这是一种能够选择性提取声音和具有声音分离能力的系统。不同于以往的信号和语音处理系统可用来解决"鸡尾酒舞会"中的听音等问题。可以预料声学超材料在建筑声学、水声、声信号记录等诸多领域将会不断涌现新产品和用新概念、新特征支撑并具挑战性的应用。然而作为前景展望,更新的挑战依然存在,包括发展制作大尺度超材料的,以及把由实验室试验转变为实用的生产力的技术发展。     

声学超材料与结构工程应用前景展望

从认识声学超材料开始作介绍。首先对左手材料(负折射率材料)的基本原理、基础知识和如何制备等方面来展开阐述,进而对声学超材料工程应用与前景作展望,并对声学超材料为声成像和对亚波段声音的控制可能的新应用作介绍。还适当介绍损耗补偿(loss-compensating)材料、宇称时间对称(parity-time-symmetric)材料的发展。受人工耳蜗独立滤波机理的启发,介绍用声学超材料设计仿生的复合扬声器听音系统来对分散的频率进行调制,结合声学超材料和感知压缩的功能,介绍了一种单传感复合扬声器听音系统,这是一种能够选择性提取声音和具有声音分离能力的系统。不同于以往的信号和语音处理系统可用来解决"鸡尾酒舞会"中的听音等问题。可以预料声学超材料在建筑声学、水声、声信号记录等诸多领域将会不断涌现新产品和用新概念、新特征支撑并具挑战性的应用。然而作为前景展望,更新的挑战依然存在,包括发展制作大尺度超材料的,以及把由实验室试验转变为实用的生产力的技术发展。     

声学超材料局部共振微结构研究进展

声学超材料是一类经过特殊设计的人工复合结构。由于它结构尺寸单元远小于声波波长,具有很多自然材料所不具备的特殊性质,日益受到关注。对于声学超材料的研究不到20年,论文简述了负有效质量与负体积模量的原理,介绍了近年来声学超材料多种微结构的设计方法,对比分析了不同微结构的带隙形成原理及应用前景,对于具有特殊功能的超材料研究与运用具有一定的指导作用。     

基于超材料结构的悬臂梁水听器设计

悬臂梁水听器可在谐振频段接收低频水声信号,相比传统水听器,其不仅能提升灵敏度,还可获得更优越的探测性能,在海洋工程领域具有广阔的应用前景。该文基于声学超材料设计了一种新的悬臂梁水听器,研究了声学超材料的负等效原理及材料参数对谐振频率的影响,获得了降低悬臂梁水听器谐振频率的方法。在此基础上分析了单纯铜梁、三层铜-橡胶梁、五层铜-橡胶梁的一阶固有频率,并结合实际使用需求选用三层复合结构完成超材料悬臂梁水听器的设计。仿真分析结果表明,在相同尺寸情况下,该文设计的水听器比传统悬臂梁水听器具有更低的谐振频率。     

电磁防护超材料在国防领域中的应用与前景展望

电磁防护超材料以人工微结构为基础,实现了对介电常数和磁导率的自由设计,可突破传统电磁防护材料在信息装备一体化发展过程中遭遇的各种物理极限,在隐身材料、微波器件、军用天线等国防领域具有巨大的应用前景。本文阐述了电磁防护超材料的原理和特点,总结了其在军事领域的重大应用价值,综述了近年来在国防领域的最新成果,分析了当前研究存在的问题和未来发展趋势,为电磁防护超材料的进一步实际应用提供有效、可靠的理论依据及实验基础。     

“信息超材料及其雷达应用”专刊编者按

电磁超材料是将具有特定几何形状的亚波长尺度单元按周期或非周期性排布的人工结构,可通过设计单元参数和单元排列方式来定制其等效材料属性,构造出传统材料与传统技术很难实现的超常媒质参数和/或参数分布,实现对电磁波的自由控制,带来很多全新的物理现象,是信息领域的研究热点之一。     

数值研究一种基于腔共振和电共振的近红外双频段超材料吸收器

设计, 数值模拟和讨论了一种具有两个宽带和扁平的吸收带的超材料吸收器, 其中一个是腔共振吸收带, 另一个是电共振吸收带.电共振的吸收带由于空腔尺寸(d)或者介质层厚度(H)的增加而蓝移, 而腔共振吸收带则表现出红移的现象.同时, 电共振和腔共振吸收带可以通过优化吸收器的结构设计耦合为一个吸收带.最后, 数值模拟研究了入射角度的改变对电共振和腔共振吸收带的影响.利用不同波段的共振模式形成不同吸收带的方式提供了将双吸收带调制为单吸收带的可能性.     

基于暗声学材料的结构振动研究与仿真分析

以暗声学材料的简化结构为研究对象,通过薄膜的大挠度理论,对受约束结构条件下暗声学材料的结构单元进行了振动分析。首先对带有集中质量的薄膜与声波辐射模式之间的耦合形式建立数学模型,得到了受约束结构和未受约束结构条件下的一阶固有频率;通过COMSOL Multiphysics软件仿真了暗声学材料结构单元的声-固耦合特性,得出在一阶固有频率下受约束结构是未受约束结构的0.26倍,与理论计算值的误差为5.7%。这有利于降低20~1 000Hz低频范围内的一阶固有频率,提高暗声学材料吸声特性。     

新型超硬材料氮化碳薄膜研究的进展和应用前景

本文概述了新型超硬材料氮化碳的提出，发现及物化性质，目前国内外研究最新进展和应用前景。     

Invited paper: Prospects for metamaterials

Recent research activities on metamaterials, in particular left-handed materials, have not only demonstrated interesting physical phenomena but have also lead to the realisation of promising new types of high frequency components and devices. It is difficult but interesting to consider the prospects for these materials.     

Zero index metamaterials with checkerboard structure

A metamaterial design is presented with an effectively zero index of refraction, which utilises Drude-type material blocks arranged in a checkerboard pattern within a nondispersive dielectric host. An averaging effect over constituent materials of the checkerboard structure yields an effective permittivity that approaches zero. This results in a metamaterial with a zero index of refraction and a high intrinsic impedance. A design example and the associated effective medium parameters are provided     

基于金属-介质-金属结构的太赫兹超材料宽阻带滤波器

为了实现具有多频或宽频特性的太赫兹超材料滤波器,通常将相同或不同的谐振结构在同一平面内进行组合或者进行多层堆叠.通过将尺寸相同的C-型谐振单元分别置于中间介质层的两端,实现了基于金属-介质-金属结构的太赫兹超材料宽阻带滤波器,该滤波器具有较宽的阻带和较好的频率选择性.基于对该太赫兹超材料宽阻带滤波器C-型谐振结构表面的电场和电流分布的仿真分析,深入探讨了入射太赫兹波的传输机理,揭示了滤波器的滤波机制.基于对金属-介质-金属结构和金属-介质结构的超材料滤波器的滤波特性的仿真研究,揭示了宽阻带的形成机理.最后,采用PDMS薄膜制备工艺和金属磁控溅射方法对该超材料滤波器的样品进行了加工制备,并采用传输型的太赫兹时域光谱系统对其滤波特性进行了实际测试,验证了该超材料滤波器的结构设计、仿真和制备的正确性,为今后宽频带超材料滤波器的设计、制备和特性研究提供了参考.     

基于石墨烯的可调谐高吸收率太赫兹超材料

提出一种基于石墨烯的双波段太赫兹超材料吸收体,它由金属-电介质-石墨烯3层超材料结构单元在水平方向上进行周期性拓展而成。仿真结果显示,其在太赫兹波段6.62 THz和 9.36 THz分别产生99.9%和98.9%的高吸收率;通过改变石墨烯的费米能级,可以灵活地控制吸收体的谐振频率和吸收强度,而吸收体的吸收强度也可以利用石墨烯的弛豫时间进行单独控制。另外,研究了吸收体中间介质层厚度和介质损耗对吸收率的影响,这为吸收体初始加工工艺参数的确定提供了依据。研究结果表明,提出的基于石墨烯的太赫兹超材料吸收体结构简单,易于加工,可通过偏置电压或者化学掺杂,简单地实现吸收体的可调谐性,为双波段高吸收率太赫兹超材料吸收体的设计提供了重要参考。     

FPC工程设计软件研发与应用

FPC工程设计是产品可制造性设计（DFM）中最关键的一环,其工程软件的性能优劣决定了工程资料的质量。本文介绍了对工程设计软件进行程序二次开发以弥补软件自身的不足,并通过实例证明使用二次开发程序可最大限度的避免CAM作业人员的人为漏失和软件自身漏洞,提升了工程资料良率及制作效率。     

Electrodynamic models of thin-layer metamaterials and devices based on such metamaterials

Results of studies in the theory and applications of thin-layer metamaterials are presented. The studies involve modeling and realization of superresolution devices. It is found that rigorous electrodynamic models that are not based on homogenization of composites should be preferred in modeling devices with metamaterials. Differences between a real composite and a hypothetic homogeneous metasubstance are revealed. The conclusion that loss in a metamaterial can be compensated with the help of active insertions is drawn. The directions of further research are indicated.     

Band structure engineering of semiconductor lasers for opticalcommunications

Recent advances in epitaxial growth have led to the prospect of artificial modification of the electronic structure or band structure of semiconductor materials. The combination of strain and quantum confinement in the valence band can lead to substantially more favorable energy dispersion relations for laser action than those existing in the natural semiconductor crystal. Numerical results are presented for a series of alloy compositions with a bandgap near the 1.55-μm optimum wavelength for optical communications. The laser threshold current and the intervalence band absorption can be significantly diminished in properly engineered band structures     

低速率物联网蜂窝通信技术应用展望

在物联网体系中低速率物联网的应用比例较大.低速率物联网具有成本低和消耗低优势.物联网技术人员为满足低速率物联网的应用要求,陆续研发了Cat.M和NB-Iot等系统,推动了低速率物联网的可持续发展,帮助人们深刻理解低速率物联网技术.     

一种基于超材料的轻质宽带雷达/红外兼容隐身结构

设计并研制出一种基于超材料的宽带微波/红外兼容隐身结构器件,该结构包括基于氧化铟锡（ITO）薄膜制备出的红外隐身层、微波吸收层和微波反射层,红外隐身层由圆环镂空结构的频率选择表面组成,微波吸收层由周期和方阻均不同的方环结构组成,微波反射层由连续的导电薄膜组成。各层由厚度不同的聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）隔开。结果表明此结构能够在2～18.6 GHz范围内实现90%以上的吸收,其红外发射率低于0.3。     

激光扩束望远镜的工程应用问题

本文通过分析认为,在工程应用中,激光扩束望远镜的实际作用是调整激光发散角,包括压缩和扩大两个方面。