智能电磁材料与结构综述

发布时间：2021-06-24 22:54

　　随着智能化装备的发展与升级,传统的电磁响应材料与结构难以满足智能化需求,通过调控隐身材料本征物理参数或者改变隐身材料的结构设计与参数,在多个频段实现谐振吸收峰的移动,对信号作出响应功能,实现频率或者功能转变,能够改变隐身结构对外界目标电磁波频段的响应能力。基于智能电磁响应材料、结构、器件与系统四个层级,提出了相对粗略的电磁智能系统框架,并对各个层级进行了典型工作的梳理和简要讨论。最后,对智能电磁材料与结构在设计、制造、集成、机理评价等方面提出了发展愿景,期望从多个方面为发展新概念电磁材料与结构,以及在此基础上开发先进微波器件与系统,提供设计基础与应用指导,推动智能化产品与装备的发展与应用。 

【文章来源】：表面技术. 2020,49(02)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

智能系统框架

在化学调控方面，可以通过外场引发相变或者引入新相实现。例如，南京航空航天大学姬广斌教授等人[42]设计了一种柔性低频雷达隐身器件，通过电压控制，能够实现介电实部和虚部的可控调节，反射损耗值在1.5～2.0 GHz范围内低于-5 dB。在引入新相方面，宋维力等人[43]通过在多孔电介质结构中引入极性水分，调控多孔石墨烯双三维结构的本征电磁响应参数，在电磁波微波频段构造了具有电磁响应的三明治结构，对电磁波的传输实现了调控。1.2 智能电磁响应结构与器件

需要强调的一点是，这种主动调控电磁隐身设计理念与机理不仅在微波波段能够发挥优异的特性，在光学波段也能够实现同样的功能。如图3所示，基于吸波材料工作机理（即1/4波长相位干涉相消原理），2019年北京理工大学方岱宁院士团队[50]通过控制纳米级硅膜的厚度（将其控制在1/4光学波长范围内），利用硅膜的反射衬底铜构造相位干涉相消。在此基础上构造电化学电池，巧妙地利用电压控制电化学电池中锂离子在纳米硅膜中的脱嵌行为，调控硅膜的本征材料参数以及厚度参数，进而驱使该器件对光线反射产生干扰。该器件具有很强的设计应用前景，能改变硅薄膜的初始厚度和导电集流体颜色，可以任意定制所需要的颜色调控范围。通过光刻技术，可以定制各种显色图案。并且，该变色系统和硅基锂离子电池具有良好的兼容性，在硅基锂离子电池的可视化实时监控中也有巨大的应用前景。值得注意的是，进行离位调控的其他方式，将来均可通过设计相关的控制系统，实现智能化电磁响应。在材料层级，南开大学黄毅教授与陈永胜教授等人[51]基于石墨烯气凝胶，提出了压力调控电磁隐身介质，在GHz波段内实现了由体积变形引起的宽频调频隐身性能。在结构层级，复旦大学彭慧胜教授与车仁超教授等[3]通过调整两层阵列织物堆叠时的交互角度，改变了电磁波的极化与传播损耗方式（组成材料没有变化，三维空间中整体电极结构参数发生变化）。当交互角度在0°～90°间时，能实现7.2～12.2 GHz范围内有效电磁隐身带宽的调控。


本文编号：3247975