基于三维打印技术的结构宽带吸波超材料( Structural broadband absorbing metamaterial based on three-dimensional printing technology )

YJ Xiong W Yan W Qiang CQ Wang XZ Huang F Zhang Z Ding

为了验证三维打印技术在制备复杂结构超材料吸波材料中的可行性，采用三维打印技术设计并制备了三层宽带吸波材料。超材料的表层和中间层由不同单位尺寸的周期阵列和板状结构的底层组成。超材料的最佳厚度为4.7mm。采用羰基铁粉和尼龙组成的复合吸附剂制成吸附剂。在实验中，得到的吸收体被电磁(EM)波垂直照射。在5.3 GHz和14.1 GHz处获得两个强吸收峰,反射损耗分别为-15.1 dB和-12.5 dB。两个吸收峰的叠加导致在4至18 GHz范围内的反射损耗小于-10 dB。用S参数反演方法计算了表层和中层的有效EM参数。提出了三层结构吸收器的有效模型，并利用多层结构反射率公式计算了其反射率。计算结果与实测值吻合较好。通过分析功率密度损失、电场和磁场的动态分布，研究了两个吸收峰的吸收和共振机制。可以清楚地证实5.3GHz和14.1GHz处的反射损耗主要集中在底层和表层，宽带吸收性能可以由三个吸收层的宽带吸收叠加导出。同时，通过对电场分布的分析，证明了表面层中相邻单元之间的强电耦合效应，表明14.1GHz处的强反射损耗主要是由电响应引起的。根据两个共振频率下的磁场分布，还考虑了三层间的多重散射效应。结果表明,在5.3GHz和14.1GHz处有两个磁响应,多次散射增加了电磁波的传播距离,增加了功率损耗。本文所设计的超吸收材料具有良好的宽带吸收性能，特别是在低频段。结合三维快速打印技术，提出了一条构建具有复杂结构的三维吸波超材料的新途径，具有重要意义和广阔的应用前景。

SciDown文献求助系统（解决99%问题） Public Download 知网 ResearchGate