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超材料结构增材制造技术及其应用研究进展 被引量:9
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作者 梁庆宣 杨贞 +3 位作者 何锦 江子杰 陈天宁 李涤尘 《航空制造技术》 2019年第1期30-37,63,共9页
超材料结构因具有精确操控电磁波/声波的相位、传播模式等特性而在军事隐形及伪装、通讯、国防安全及医学成像等方面有着重要的科学研究价值和广泛的应用前景,它的研究是近年国际学术界和工程界研究的热点之一。总体来说,国内外超材料... 超材料结构因具有精确操控电磁波/声波的相位、传播模式等特性而在军事隐形及伪装、通讯、国防安全及医学成像等方面有着重要的科学研究价值和广泛的应用前景,它的研究是近年国际学术界和工程界研究的热点之一。总体来说,国内外超材料结构的研究极大地促使超材料结构器件向轻薄化、宽频带及高性能的实用化方向发展,但制造技术与电磁、声学、物理、材料等学科的交叉亟待加强,需要加速探索超材料结构研究向大规模制造跨越的实现途径,推动其快速向应用化方向发展。本文梳理了增材制造工艺在超材料结构制造中的应用现状,讨论了超材料结构功能器件方面的研究进展,并对今后超材料结构研究的发展趋势进行了探讨和展望。 展开更多
关键词 材料结构 亚波长 增材制造 功能器件 3D打印 光固化
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超材料结构的弹性波带隙主动调控研究进展 被引量:5
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作者 郭振坤 李凤明 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期1249-1263,共15页
周期超材料结构由多个相同的子结构根据一定的规律性和周期性组成,具有特殊的力学特性,比如带隙.弹性波只能在特定的频带(通带)内沿超材料结构传播,而在其他频带(带隙或禁带)内的弹性波将被阻隔.利用带隙特性可以实现弹性波过滤、振动... 周期超材料结构由多个相同的子结构根据一定的规律性和周期性组成,具有特殊的力学特性,比如带隙.弹性波只能在特定的频带(通带)内沿超材料结构传播,而在其他频带(带隙或禁带)内的弹性波将被阻隔.利用带隙特性可以实现弹性波过滤、振动和噪声控制等,由此学者进行了大量的研究工作,希望获得各种具有更好带隙特性的超材料结构.然而在实际工程应用中,超材料结构的尺寸往往已被固定,频率带隙的宽度以及位置往往成为限制其实用性的问题.因此,分析超材料结构中弹性波带隙的主动调控具有重要的理论与实际意义,可以为周期结构的振动控制和减振设计提供理论依据.本文针对周期超材料结构,综述了其中弹性波带隙主动调控问题的研究现状,简述了近年来发展的弹性波带隙主动调控研究方法,介绍了热点的研究结果,并提出了值得进一步深入研究的问题. 展开更多
关键词 材料结构 带隙 弹性波传播 振动控制 主动调控
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一种熔融沉积3D打印的高性能超材料吸波结构 被引量:6
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作者 郭建勇 梁庆宣 +3 位作者 江子杰 周文卿 陈天宁 李涤尘 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第23期226-232,共7页
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... 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(Polylacticacid,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8.2~30.0GHz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。 展开更多
关键词 材料结构 3D打印 高性能 吸波
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惯容超材料扭振隔振器理论和试验研究
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作者 朱清东 陈亚强 +1 位作者 吴超 姚红良 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期651-659,共9页
针对目前超材料结构在低频抑振时质量和体积过大的问题,提出了惯容超材料扭振隔振器.首先设计了惯容超材料隔振器的具体结构,并分析了其相对于传统超材料隔振器的优点.其次分析了中介轮传动机制,在建立惯容超材料隔振器动力学方程的基础... 针对目前超材料结构在低频抑振时质量和体积过大的问题,提出了惯容超材料扭振隔振器.首先设计了惯容超材料隔振器的具体结构,并分析了其相对于传统超材料隔振器的优点.其次分析了中介轮传动机制,在建立惯容超材料隔振器动力学方程的基础上,得出了惯容超材料隔振器能带结构图与超材料隔振系统传输曲线,并进一步探究从动金属盘直径及单胞数对惯容超材料隔振器抑振效果的影响,通过试验对所设计惯容超材料隔振器进行了扭振抑制的效果验证.结果表明,所设计惯容超材料隔振器最大振动衰减可达-60 dB,能够有效地抑制转子系统的低频扭转振动,从而满足实际工程需要. 展开更多
关键词 转子系统 材料结构 扭振抑制 惯容技术 隔振器
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基于气溶胶喷墨打印的太赫兹超材料结构仿真与制备研究 被引量:3
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作者 朱超挺 徐步光 +2 位作者 张远明 张鑫明 朱雪岩 《科学技术创新》 2021年第14期191-194,共4页
本文介绍了利用气溶胶喷墨打印技术制备太赫兹波段的准光学元件。通过采用CST软件设计了CRR金属共振环和THz带阻滤波器。通过实验数据与数值模拟数据的比较,可以得出气溶胶喷墨打印技术在太赫兹领域的适用性。
关键词 气溶胶喷墨打印 太赫兹组件 材料结构 滤波器
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一种用于无线传感网络的微小型平面天线 被引量:1
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作者 徐爱宝 唐祯安 杨帆 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2016年第2期139-144,共6页
针对多频天线结构复杂、尺寸较大的问题,采用圆形三开口谐振环超材料结构作为辐射贴片,设计了新型的适用于无线传感网络的微小型平面天线.研究了辐射贴片上的缝隙的尺寸、位置对频带特性的影响,优化后的天线尺寸仅为22.5mm×18mm... 针对多频天线结构复杂、尺寸较大的问题,采用圆形三开口谐振环超材料结构作为辐射贴片,设计了新型的适用于无线传感网络的微小型平面天线.研究了辐射贴片上的缝隙的尺寸、位置对频带特性的影响,优化后的天线尺寸仅为22.5mm×18mm×1.6mm,其电尺寸为0.18λ×0.144λ×0.013λ.实测频段为2.28~2.54GHz、3.23~3.55GHz、4.97~9.75GHz,覆盖了蓝牙、ZigBee、3.4GHz的WiMax频段,以及5GHz的WLAN频段,满足无线传感网络的通信需求.这款天线相比普通平面天线,尺寸减小了45%,且具有多频带、宽频带、体积小、结构简单、易集成等优点. 展开更多
关键词 无线传感网络 平面天线 微小型 三频带 材料结构
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适应多角度入射的无线能量传输天线设计
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作者 王霞 孙玥 +1 位作者 李雅楠 王蒙军 《微波学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期1-6,共6页
为提高植入式设备在多角度入射下的无线能量传输效率,文中提出一种用于中场无线能量传输的入射不敏感植入式超材料天线,该天线工作在中场1.4 GHz处。搭建了胃部仿真环境,在模拟组织中评估了该天线在不同入射角度情况下的能量传输性能。... 为提高植入式设备在多角度入射下的无线能量传输效率,文中提出一种用于中场无线能量传输的入射不敏感植入式超材料天线,该天线工作在中场1.4 GHz处。搭建了胃部仿真环境,在模拟组织中评估了该天线在不同入射角度情况下的能量传输性能。经仿真分析,该植入天线沿x、y、z轴旋转一周时,97%以上的角度范围内S;均达-37 dB以上,且各角度下的S;值相差仅1~4 dB,验证了该天线具有入射角度不敏感特性,且最大比吸收率满足IEEE标准。实验表明,实测整体结果与仿真结果有较好一致性。总体设计达到了预期目标,适用于生物医疗领域的无线能量传输。 展开更多
关键词 植入式天线 材料结构 入射角度不敏感 无线能量传输
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电磁╱水下隐身减阻一体化超结构增材制造及性能研究
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作者 迟百宏 冯展帅 +2 位作者 李秉洋 陆宽 刘家鑫 《军民两用技术与产品》 2024年第1期26-31,共6页
本文提出了一种电磁隐身—水下隔声—超疏水减阻一体化超材料结构,用于跨介质飞行器蒙皮结构,可以实现空中隐身、水下降噪、水下减阻等多种功能和超材料结构的小型化和轻量化。所设计的旋转堆叠金字塔吸波器有效扩展了电磁波吸收带宽,... 本文提出了一种电磁隐身—水下隔声—超疏水减阻一体化超材料结构,用于跨介质飞行器蒙皮结构,可以实现空中隐身、水下降噪、水下减阻等多种功能和超材料结构的小型化和轻量化。所设计的旋转堆叠金字塔吸波器有效扩展了电磁波吸收带宽,斜蜂窝五模材料在实现高效隔离水下声波的同时,还具备较高的结构强度,可作为电磁超材料的基板。在电磁超材料的基础上,通过使用增材制造和超声空化技术,形成了不同微纳尺度的各向异性表面超疏水结构,减小了水下阻力,实现了流动控制。该一体化超结构材料在跨介质飞行器结构设计领域具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 一体化材料结构 跨介质 金字塔吸波器 斜蜂窝五模材料 增材制造 疏水结构
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一种高增益Vivaldi超宽带天线 被引量:1
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作者 欧阳伟忠 周永刚 +1 位作者 李博南 谢倩倩 《电子科技》 2015年第8期15-17,20,共4页
传统的Vivaldi天线具有超宽带优点,但存在定向性较差,且在工作频带的两端增益下降严重的问题。文中提出了一种高增益的Vivaldi天线,通过对传统微带线馈电结构的Vivaldi超宽带天线加载零折射率超常介质和轴向边缘梳状结构的矩形槽缝结构... 传统的Vivaldi天线具有超宽带优点,但存在定向性较差,且在工作频带的两端增益下降严重的问题。文中提出了一种高增益的Vivaldi天线,通过对传统微带线馈电结构的Vivaldi超宽带天线加载零折射率超常介质和轴向边缘梳状结构的矩形槽缝结构,提高了天线在整个工作频段内的增益。对所提出的天线进行了设计、优化和仿真分析,并制作天线样品,仿真和测试结果吻合良好。测试与仿真结果表明,在4~11 GHz的工作频段内,天线的回波损耗优于-10 d B;与传统Vivaldi天线相比,在整个工作频段内天线增益均有所提高,其中在工作频率的低端(4~6 GHz)天线增益提高2.5 d B,高端(9~11 GHz)增益提高1.5 d B。 展开更多
关键词 宽带 VIVALDI天线 零折射率材料结构 梳状结构
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基于材料相变的声子晶体带隙可调结构设计与性能分析 被引量:2
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作者 刘书田 毛竹新 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期549-555,共7页
提出一种基于材料相变的穿孔型带隙可调声子晶体结构。其结构形式为含缝隙的形状记忆合金和环氧树脂的组合体,通过温度变化诱发相变引起的形状记忆合金材料性质的变化,实现声子晶体的带隙变化;通过合理布置缝隙与形状记忆合金相变材料... 提出一种基于材料相变的穿孔型带隙可调声子晶体结构。其结构形式为含缝隙的形状记忆合金和环氧树脂的组合体,通过温度变化诱发相变引起的形状记忆合金材料性质的变化,实现声子晶体的带隙变化;通过合理布置缝隙与形状记忆合金相变材料的位置,实现声子晶体带隙性质的可调设计。基于有限元方法,建立了可调声子晶体的分析模型,分析了形状记忆合金的填充分数以及相变等对带隙性能的影响规律。分析结果表明,通过合理设计微结构形式,材料相变可实现带隙位置和宽度的调节,同时可实现特定频段内带隙的有无。 展开更多
关键词 声子晶体 带隙可调 形状记忆合金 材料/结构 有限元法
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0.14THz双环超材料慢波结构表面波振荡器数值研究 被引量:1
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作者 郭伟杰 陈再高 +2 位作者 蔡利兵 王光强 程国新 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期171-177,共7页
本文研究了一种太赫兹波段双环超材料慢波结构,并具有同轴引出结构的相对论过模表面波振荡器.设计了超材料同轴过模慢波结构;通过色散特性,进行了模式选择和过模结构电子束电参数和几何参数的设计;根据超材料同轴慢波结构的特点,设计了... 本文研究了一种太赫兹波段双环超材料慢波结构,并具有同轴引出结构的相对论过模表面波振荡器.设计了超材料同轴过模慢波结构;通过色散特性,进行了模式选择和过模结构电子束电参数和几何参数的设计;根据超材料同轴慢波结构的特点,设计了具有同轴引出结构的末端同轴输出段.粒子模拟结果表明,在电子束电压为600 kV和电流为1.0 k A,引导磁场为2.0 T时,同轴超材料慢波结构过模表面波振荡器输出稳定单频的0.141 THz电磁波,峰值功率为316.8 MW. 展开更多
关键词 太赫兹 材料慢波结构 表面波振荡器 同轴结构
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S波段圆形注反向切伦科夫振荡器
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作者 张宣铭 王新 +5 位作者 江胜坤 唐涛 王战亮 巩华荣 宫玉彬 段兆云 《真空电子技术》 2020年第3期37-41,共5页
真空电子器件广泛应用于军事民用等领域,具有功率高、电子效率高等优点。近年来在固态电子器件迅猛发展的影响下,真空电子器件的小型化需求越来越迫切。本文研究了超材料慢波结构的高频特性,表明基模n=0空间谐波具有返波特性和高耦合阻... 真空电子器件广泛应用于军事民用等领域,具有功率高、电子效率高等优点。近年来在固态电子器件迅猛发展的影响下,真空电子器件的小型化需求越来越迫切。本文研究了超材料慢波结构的高频特性,表明基模n=0空间谐波具有返波特性和高耦合阻抗。同时,分析了两端加载能量输入/输出装置的超材料慢波结构的传输特性,仿真结果表明该结构在2.82~2.86 GHz范围内具有通带。设计了一种S波段基于超材料慢波结构的圆形注反向切伦科夫振荡器,注波互作用的仿真研究表明,在注电压为52 kV、注电流为6 A的条件下,在2.84 GHz频率处具有68.5 kW的输出功率,电子效率约为22%。该超材料慢波结构的横向尺寸约为传统S波段慢波结构的1/7,该反向切伦科夫振荡器的长度约为传统S波段返波振荡器的1/4~1/3,且电子效率高于对应的传统返波振荡器。这些事实表明该反向切伦科夫振荡器具有小型化的优势。 展开更多
关键词 材料慢波结构 圆形注 小型化 反向切伦科夫振荡器
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基于超材料吸波结构的MEMS热电堆红外温度传感器设计
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作者 谢宇浩 吕丝旭 张志强 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1109-1113,共5页
提出了一种基于超材料吸波结构的MEMS热电堆红外温度传感器,避免了使用特殊的滤光片进行封装,从而降低了传感器的体积。在设计上,采用超材料吸波结构将待测目标辐射的红外光选择性吸收,并将光能转化为热。通过利用时域有限差分方法研究... 提出了一种基于超材料吸波结构的MEMS热电堆红外温度传感器,避免了使用特殊的滤光片进行封装,从而降低了传感器的体积。在设计上,采用超材料吸波结构将待测目标辐射的红外光选择性吸收,并将光能转化为热。通过利用时域有限差分方法研究了超材料吸波结构的结构参数与红外吸收光谱和吸收率之间的关系,并优化出用于检测人体红外辐射的超材料吸波结构尺寸。结果表明,当红外光波长范围为9.5μm~10.5μm时,该传感器的红外吸收率优于0.38,其中在波长为9.989μm处出现红外吸收峰,其最大吸收值为0.997。由超材料吸波结构产生的热量传递到其下方的热电堆,通过多物理场仿真可得热电堆的热端和冷端的温差为0.046 K,进而转化为输出电压,从而验证了整体设计的有效性。 展开更多
关键词 红外温度传感器 材料吸波结构 热电堆 MEMS
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基于CNTs/PLA的多层宽频超材料吸波结构设计与优化
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作者 陈孟州 汪刘应 +4 位作者 刘顾 葛超群 王龙 许可俊 王伟超 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期366-376,385,共12页
目的 解决传统超材料吸波结构密度大以及对入射角度敏感的问题。方法 采用机械搅拌法和熔融共混法制备碳纳米管/聚乳酸(CNTs/PLA)复合吸波材料,通过CST电磁仿真软件开展多层超材料吸波结构设计,利用熔融沉积3D打印制备了设计的超材料吸... 目的 解决传统超材料吸波结构密度大以及对入射角度敏感的问题。方法 采用机械搅拌法和熔融共混法制备碳纳米管/聚乳酸(CNTs/PLA)复合吸波材料,通过CST电磁仿真软件开展多层超材料吸波结构设计,利用熔融沉积3D打印制备了设计的超材料吸波结构。通过扫描电子显微镜、矢量网络分析仪对制备材料和设计结构的微观形貌和电磁特性进行表征分析。结果 在机械搅拌和熔融共混的共同作用下,碳纳米管在聚乳酸中分布均匀。碳纳米管含量为10%时,复合材料的综合性能达到最佳。当其厚度为1.7 mm时,有效带宽达到最大为3.9 GHz;当厚度为3.2 mm时,反射率达到最低值约为–53.1 dB。设计的多层超材料吸波结构均具有极佳的宽频吸波特性;当R=11 mm时,圆形多层超材料结构的吸波性能最佳,反射率最低值为–53.9 dB,有效带宽为33.1 GHz,而平均反射率为–17.1 dB。此外对于TE极化的电磁波入射角在0°~60°范围内,而对于TM极化电磁波在入射角0°~70°范围内,圆形多层超材料结构具有宽角域吸波性能。结论 将碳纳米管与聚乳酸复合,在此基础上开展多层超材料结构设计,通过微观复合材料和宏观结构设计的共同作用,实现了轻质宽频的应用需求,能够为超材料吸波结构的设计及工程应用提供理论和技术支撑。 展开更多
关键词 3D打印 材料吸波结构 宽频吸波 轻质 入射角度不敏感 吸波机理
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超材料吸波结构及其在真空电子器件中的应用
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作者 柏宁丰 申靖轩 +4 位作者 沈长圣 孙小菡 潘攀 蔡军 冯进军 《真空电子技术》 2020年第3期25-31,共7页
电真空器件面临着小型化、集成化的发展趋势。积极探索新型材料在电真空器件中的应用,实现小型化、集成化的电真空器件具有重要意义。超材料吸波结构具有小体积,易于加工等优点,将超材料吸波结构应用在电真空器件中,具有十分重要的应用... 电真空器件面临着小型化、集成化的发展趋势。积极探索新型材料在电真空器件中的应用,实现小型化、集成化的电真空器件具有重要意义。超材料吸波结构具有小体积,易于加工等优点,将超材料吸波结构应用在电真空器件中,具有十分重要的应用前景。本文介绍了近几年超材料吸波结构的发展概况,并具体介绍了超材料吸波结构在行波管中的相应研究。 展开更多
关键词 真空电子器件 材料吸波结构 行波管
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