基于超材料的太赫兹波辐射特性与增强研究

太赫兹波的产生与调控对太赫兹技术发展至关重要。超材料的可设计几何结构与特异共振响应为产生与调控太赫兹波提供了新的途径。但超材料产生太赫兹波辐射的转换效率较低仍然是一个亟待解决的问题。设计了一种由金属谐振环阵列和全介质硅开口谐振器组成的超材料。利用麦克斯韦方程联合表述电子运动的流体动力模型的自洽方程组,研究了该超材料的太赫兹波辐射与调控过程。研究发现,通过优化分裂谐振环的开口方向,超材料产生的太赫兹波振幅提高了1倍。此外,通过改变入射光偏振角及超材料的几何尺寸实现了太赫兹波振幅调控。这为基于超材料的,紧凑型和可调谐的太赫兹源提供了新途径。     

超磁致伸缩驱动器热输出的抑制与补偿方法

超磁致伸缩驱动器具有输出应变大、响应速度快、低频特性好等特点。已经应用于机床的整体和部件的振动控制实验研究。超磁致伸缩材料的热变形严重影响驱动器的输出精度。文章提出了四种抑制或补偿超磁致伸缩驱动器热位移的方法。     

Zn-5Al共晶合金的表面效应对超塑变形的影响

用光学显微镜，扫描电镜研究了Zn-5Al共晶合金超塑变形的表面效应及其影响因素。结果表明：超塑变形中的晶界滑移机制导致某些晶界由材料内部滑移至表面，从而使外表面增加；Zn-5Al合金的超塑性表面流动具有长程性，而且表面流动对超塑变形具有协调作用，表面镀层由于破坏了表面流动的协调性，对合金的超塑变形产生阻碍作用。空洞是材料的内自由表面，其形核长大与（2γs-γgb）有关，提高表面能，降低晶界能可增强材料的超塑性。     

多层级异质异构吸波超材料功能化设计及熔融沉积3D打印

针对吸波材料向工程应用方向发展需具备轻质和宽带吸波的关键需求,提出了一种有损谐振结构和功能化介质层调控的多层级复合异质异构吸波超材料,通过对介质层进行仿生结构化设计实现吸波超材料轻量化和宽带吸波性能。将热塑性聚合物材料和银铜合金复合制备了特定电导率的复合材料,通过优化银铜合金重量比和复合材料的打印工艺实现了谐振结构电导率的精确控制。基于此,设计了两层有损谐振结构层来调控宽带阻抗匹配和欧姆损耗,利用双材料熔融沉积3D打印工艺实现了多层级异质异构吸波超材料的可控制备。所制备的吸波超材料等效密度为0.3 g/cm3,电磁性能测试结果表明在垂直入射条件下,吸波超材料在3.8～19.24GHz频段实现了高效吸波性能。同时,电磁波在横电波(Transverseelectric,TE)和横磁波(Transversemagnetic,TM)模式下、入射角在50°范围内时,吸波超材料都具有良好的宽带吸波性能。这种多层级异质异构吸波超材料的设计和制造方法为推动吸波材料向工程应用化方向发展提供了技术支撑。     

一种熔融沉积3D打印的高性能超材料吸波结构

高性能超材料吸波结构是近年学术界和工程界研究的热点,它通过单元结构的周期阵列排布形成吸波超材料结构,实现超材料的吸波层与自由空间的阻抗匹配,大幅提高对电磁波的吸收率,在隐形技术、通信天线及微波成像等军事和民用领域具有广阔的应用前景。基于超材料阻抗匹配原理,提出了熔融沉积3D打印技术制备超材料吸波结构的方法,实现了一种由聚乳酸（Polylactic acid,PLA）单元空腔和具有优异电磁特性的蒸馏水复合组成的超材料结构的精确设计与制造,获得了在8.2~30.0 GHz电磁波频带内具有90%以上吸波率的高性能超材料吸波结构。研究表明该超材料结构还具有良好的极化无关和宽角度吸波特性。所设计制造的超材料吸波结构具有性能强、厚度薄、质量小等诸多优异的特性,为推动高性能吸波结构的深入研究提供了一种新的思路。     

超高强度钢切削研究

超高强度钢切削加工中存在切削加工性差、切削变形大、加工硬化严重、切削力大、切削温度高、刀具磨损严重、加工质量难以控制等问题,就此,对超高强度钢的切削进行了研究.从热处理及显微组织、刀具材料及几何参数、切削用量等方面论述了超高强度钢切削加工的影响因素,介绍了超高强度钢的切削机理及工艺参数优化问题,提出了当前超高强度钢切削...     

形状记忆合金超弹性波形弹簧的有限元分析

简单介绍了形状记忆合金所具有的特性,并利用ANSYS软件对采用形状记忆合金材料制造的超弹性波形弹簧(简称SE波形弹簧)进行了分析,研究了ANSYS中定义的材料参数对SE波形弹簧超弹性的影响。研究结果表明,超弹性波形弹簧能够在较大的轴向变形范围内提供恒定的弹簧力,可用于替代传统波形弹簧。     

超磁致伸缩微位移驱动系统的研究

超磁致伸缩材料是近年来发展起来的一种新型功能材料,具有在室温下应变量大,能量密度高,机电耦合系数大等特性。文章分析了超磁致伸缩材料的驱动原理,介绍了超磁致伸缩微位移驱动系统的组成及工作原理。并对该系统的伸长量,微位移精度等性能指标进行了实验研究。     

硼基超硬材料的研究进展

超硬材料的设计与合成是材料科学研究领域的热点之一。近年来,由于超硬材料设计理论的发展,促进了人们从实验和理论上寻找硬度接近甚至超过金刚石的材料。本文综述了近年来BN、B4C、BxN、BxO和BxCyNz等系列硼基超硬材料的研究现状,同时介绍了强不可压缩材料MxBy(M——过渡金属)作为可能的超硬材料的最新研究进展。     

超精密平面磨床关键技术的发展

随着硬脆材料应用领域的扩大以及砂轮电解在线修整技术的发展,超精密磨削技术在近年来得到了飞速发展,其中超精密平面磨削技术的应用最为广泛。本文介绍了国内外超精密平面磨床的关键技术,包括总体结构、砂轮主轴及驱动系统、导轨及驱动系统、温度及热变形控制等。     

超材料完美吸波器研究进展

超材料是一种人工复合材料,一般是由金属和电介质周期性排列的单元结构所构成,它具有天然材料不具备的某些特殊电磁性质。超材料的电磁响应不仅由它的构成材料决定,也与其谐振单元的微结构和排列方式有关。基于超材料设计的完美吸波器通过合理改变谐振单元的微结构参数和排列方式可以实现对特定波长的电磁波接近100%的吸收。超材料完美吸波器(PMA)具备设计灵活、响应可调、厚度小、吸波强等优点,通过设计合理的结构可以实现超宽带宽和极窄带宽,可以广泛应用于隐身材料、频率选择表面、太赫兹成像、智能通信、光电检测等领域。本文结合国内外研究现状,综述了PMA的研究近况与发展前景,以期获得对PMA更全面的理解。最后对PMA的发展趋势和应用前景进行了深入探讨,多功能、结构简单的新型PMA是未来的发展趋势。     

Characterization of acoustically engineered polymer nanocomposite metamaterials using x-ray microcomputed tomography

We demonstrate the fabrication of acoustically engineered diamond nanoparticles-based metamaterials and their internal microstructure characterization using x-ray microcomputed tomography (XμCT). The state-of-the-art technique based on the radiation force of ultrasound standing (or stationary) waves in a rectangular chamber is utilized to pattern clusters of 5-nm-diameter diamond nanoparticles in parallel planes within a three-dimensional (3D) matrix of epoxy before solidification. Gradually, the periodic pattern becomes permanent with full cure of the epoxy matrix so as to form a 3D metamaterial structure. We also show that the periodicity of the pattern can be changed by selecting a different ultrasound frequency. Furthermore, XμCT is used as a quality control tool to map the internal structure and characterize each metamaterial. The ultimate application is to use the results as a base for the development of finite-element models which take into account all the structural features to study the various metamaterial (optical, acoustical, thermal, etc.) functional properties.     

Fabrication of a novel micron scale Y-structure-based chiral metamaterial: Simulation and experimental analysis of its chiral and negative index properties in the terahertz and microwave regimes

In this report, we describe the fabrication of a chiral metamaterial based on a periodic array of Y-shaped Al structures on a dielectric Mylar substrate. The unit cell dimensions of the Y-structure are approximately 100 microm on a side with 8 microm linewidths. The fabricated Y-structure elements are characterized using scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Quantitative elemental analyses were carried out on both the Y-structure, comprised of Al and its oxide, as well as adjacent regions of the underlying mylar substrate using the energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) capability of the SEM. Finite-Difference Time-Domain (FDTD) calculations of the negative index of refraction for a 3D wedge of multiple layers of the 2D metamaterials showed that these metamaterials possess double negative (-mu,-epsilon) electromagnetic bulk properties at THz frequencies. The same negative index of refraction was determined for a wedge comprised of appropriately scaled larger Y-structures simulated in the microwave region. This double negative property was confirmed experimentally by microwave measurements on a 3D wedge comprised of stacked and registered Y-structure sheets.     

4D打印功能构件的热致变形模式分析与变形设计研究

4D打印通过材料和结构的设计将非线性的控制逻辑打印在材料中,制备可以在温度、磁场、紫外线等激励下发生几何结构、功能、性能等可控转变的功能构件。以双层结构的功能构件为研究对象,通过对温度激励下功能构件基体相和增强相的热膨胀进行分析,研究了4D打印功能构件的热致变形机理,得到了基于形状记忆聚合物纤维排布的功能构件变形模式。在此基础上,分析了功能构件的3D打印工艺参数影响,建立了功能构件热致变形的近似解析模型。采用偏最小二乘法拟合了弯曲和螺旋变形的功能构件热致变形等效模型,通过4D打印的功能构件试件的变形特征与模型计算对比,验证了所拟合的等效模型的正确性。最后,设计并4D打印制备了自变形盒型功能构件和自组装螺旋连接功能构件,验证了功能构件形状、功能和特性的设计和可控编辑,对设计4D打印的功能构件具有指导意义。     

Effect of Axial Deformation on Elastic Properties of Irregular Honeycomb Structure

Irregular honeycomb structures occur abundantly in nature and in man-made products,and are an active area of research.In this paper,according to the optimization of regular honeycomb structures,two types of irregular hon-eycomb structures with both positive and negative Poisson's ratios are presented.The elastic properties of irregular honeycombs with varying structure angles were investigated through a combination of material mechanics and structural mechanics methods,in which the axial deformation of the rods was considered.The numerical results show that axial deformation has a significant influence on the elastic properties of irregular honeycomb structures.The elastic properties of the structure can be considered by the enclosed area of the unit structure,the shape of the unit structure,and the elastic properties of the original materials.The elastic properties considering the axial deformation of rods studied in this study can provide a reference for other scholars.     

基于全介质超材料的波前控制器件

通过调制电磁波的相位和振幅可以达到控制电磁波的目的,为了实现超材料器件对电磁波的不同响应,利用仿真软件CST,设计了一系列基于全介质超材料的波前控制器件,包括电磁波偏转器件和聚焦透镜。通过引入不同的梯度相位差,达到调制折射电磁波偏转方向的目的,且当器件满足不同的相位分布时,透镜的焦点位置可以被定量调节。这些全介质超材料器件可通过3D打印技术快速制备,具备经济友好的特点,在微波成像系统和通信领域具有广泛的应用前景。     

石墨烯超表面的极化不敏感电磁诱导反射

利用时域有限差分(Finite difference time domain,FDTD)方法研究了石墨烯超材料的电磁诱导反射(Electromagnetically induced reflection,EIR)效应.首先,设计了一种在太赫兹波段上由二氧化硅(SiO2)、金和石墨烯条组成的三层超材料结构.然后,讨论了石墨烯条的宽度、长度和电磁波的入射角等参数不同的情况下该结构的电磁诱导反射效应,并通过改变结构的中间层介质材料得出SiO2是一种优良的介电材料.最终的模拟结果表明,该石墨烯超材料对极化入射的电磁波不敏感.该极化不敏感和大入射角的电磁诱导反射结构在光通信滤波器和太赫兹器件中有潜在的应用.     

圆柱形体形成的环状结构超材料中声学多极点效应

基于超材料的声场局域的研究广泛应用在环境科学领域,军事工业和生物医学领域.本文的声学超材料是由很多圆柱状结构的设计构成.本文主要研究了在空气中细长柱形成的两层环状的声场局域现象.研究结果证明,当平面声波入射到模型中时,内部会发生比较复杂的干涉和衍射.而在不同频率下,出现了多极的声场局域现象,同时也出现了周期分布.值得注意的是,这种现象发生与超材料模型中的材料和声学参数相关性非常弱.本文的超材料设计对水声通信和水声信号检测的放大研究有一定的参考意义.