超材料
2024年超材料市场规模分析
![2024年超材料市场规模分析](https://img.taocdn.com/s3/m/dbe46f42f68a6529647d27284b73f242336c3139.png)
2024年超材料市场规模分析1. 引言超材料是一种具有特殊性质和功能的材料,通过设计和控制物质的结构和组成,能够表现出超过自然材料的特性。
由于其独特的性能,超材料被广泛应用于许多领域,如光电子、通信、能源等。
本文将对全球超材料市场规模进行分析。
2. 市场概述超材料市场自2000年代初开始发展,并逐渐形成规模。
随着科技的不断进步和人们对新材料需求的增加,超材料市场呈现出快速增长的趋势。
而在过去几年中,随着技术、成本和市场等多种因素的共同促进,超材料市场进一步扩大。
3. 2024年超材料市场规模分析超材料市场的规模不断扩大,主要可以归因于以下几个方面的因素。
3.1 技术进步随着科技的进步,超材料的制备方法和性能不断得到改进。
新的制备工艺使得超材料的制造成本得以降低,从而推动了超材料市场的发展。
3.2 应用领域拓展超材料在光电子、通信、能源等领域具有广泛的应用前景。
随着这些领域的快速发展,对超材料的需求也在增加,进一步推动了超材料市场的增长。
3.3 市场需求增加随着消费者对高性能材料的需求增加,超材料受到了广泛关注。
超材料所具备的特殊性能使其成为各行各业的关键材料,这进一步促进了超材料市场的扩大。
3.4 政策支持各国政府对超材料产业给予了大力支持和鼓励,采取了一系列措施推动超材料产业的发展。
这些政策支持为市场提供了良好的环境和机遇,进一步促进了超材料市场的规模增长。
4. 未来发展趋势超材料市场在未来仍将保持快速增长的势头。
以下是未来发展趋势的一些预测:•技术创新将推动超材料的性能和制备方法的不断提升,为市场规模的进一步扩大提供了基础。
•新兴领域的应用需求将催生新的市场机遇,吸引更多企业进入超材料市场。
•人们对环保和可持续发展的关注将促使超材料市场向环保型方向发展。
•国际合作将进一步促进超材料产业的发展,各国之间的技术交流和资源共享将带动市场的增长。
5. 结论随着技术的进步、应用领域的拓展以及市场需求的增加,超材料市场正在快速扩大。
超材料颠覆性材料的科学与应用
![超材料颠覆性材料的科学与应用](https://img.taocdn.com/s3/m/961829d25ff7ba0d4a7302768e9951e79b896998.png)
超材料颠覆性材料的科学与应用超材料,又称为魔法材料,是一种拥有特殊物理性质的人造材料。
它的出现引发了科学界的一场变革,为人类带来了无尽的科技可能性和应用前景。
本文将探讨超材料的定义、特点以及在各个领域的应用。
一、超材料的定义与特点超材料是一种能够绕过传统物理规律的材料,常常具有以下特点:1. 负折射率:与通常材料的折射率正比不同,超材料呈现出负折射率。
这意味着当光线从一种介质进入超材料时,其传播方向与传统经验相反。
这种特性为光学器件和光纤通信等领域提供了巨大的创新空间。
2. 透明度:超材料能够在特定波长范围内提供极高的透明度。
相对于常规材料,它们能够更好地控制光线的传输和散射。
这使得超材料在太阳能发电和光学传感器等领域具有广泛的应用前景。
3. 微波吸收:由于其特殊的电磁波吸收性能,超材料在无线通信和隐身技术等领域有着广泛的应用。
它们能够有效地吸收入射的微波信号,从而在通信设备和隐形飞行器等方面发挥重要作用。
4. 声学调控:超材料不仅在光学领域有着出色表现,也在声学方面取得了显著突破。
其能够使声波传播呈现出异常现象,如反相干涉和声子隧道效应,这为实现声波隔离和声能传输提供了新的思路。
二、超材料的应用领域1. 光学领域:超材料在光学领域拥有广泛的应用。
例如,通过设计具有负折射率的超材料透镜,可以实现更薄、更轻、成像更准确的相机镜头。
此外,超材料还可用于制造高效的太阳能电池、可调控的光学滤波器和纳米光学传感器等。
2. 电子领域:超材料在电子领域的应用也十分重要。
通过调控超材料的电磁特性,可以制造出更小型化、更高性能的电子元件。
例如,超材料可用于制造高频射频电路、纳米电子器件和光电子器件等。
3. 隐身技术:超材料的微波吸收特性使其成为隐身技术领域的重要研究方向。
利用超材料制造的隐身涂层,可以有效地吸收和抑制雷达波,从而降低飞行器、船只和军用设备等的被探测概率。
4. 声学领域:超材料在声学领域的应用前景巨大。
材料学中的超材料研究
![材料学中的超材料研究](https://img.taocdn.com/s3/m/adbab49385254b35eefdc8d376eeaeaad1f316a6.png)
材料学中的超材料研究超材料,是指具有特殊功能和性质的材料,这些材料通常是由人工制造的,结构复杂,常常由纳米级的材料组成。
由于其具有材料本身无法达到的超强性能和特殊功能,超材料的研究受到了广泛的关注,成为材料学中的热门研究领域之一。
超材料具有特殊的物理和化学性质,其本身的结构和材质组成决定了它的性质和功能。
例如,某些超材料可以吸收和分散电磁波,从而用于无线通信,还有一些超材料可以对光的波长和方向进行控制,用于光学器件。
此外,超材料还可以用于制造高效的太阳能电池、高性能的超导体、高强度的纤维材料等。
超材料的研究方法有很多种,最常用的方法是在材料中添加不同的缺陷和结构,从而实现其特殊的性能。
例如,在金属材料中添加纳米级的孔隙和微观组织结构,可以实现其超强度和抗腐蚀性能;在半导体材料中添加不同的电子掺杂,可以实现其特殊的电学性能。
超材料的研究还涉及到多个学科领域,例如,纳米材料、光学、电磁波学、机械工程、热力学等等。
因此,超材料的研究需要利用不同学科领域的专业知识,并结合实验研究和计算仿真手段进行深入的探索。
近年来,随着科技的不断发展和社会的不断需求,超材料的研究也取得了长足的进步。
例如,在电磁波学领域,超材料的研究已经实现了波长的精准控制和信息传输的快速传递;在光学领域,超材料的研究成果也被广泛应用于光学器件、面板显示、相机镜头等领域。
超材料的研究对于推动人类社会的发展和创新具有重要的意义。
随着超材料技术的不断发展和应用,我们有理由相信,未来会有更多的超材料产品涌现,为我们的生活和工作带来更多的便利和创新。
超材料原理
![超材料原理](https://img.taocdn.com/s3/m/495056cced3a87c24028915f804d2b160b4e86f6.png)
超材料原理超材料是一种具有特殊结构和性质的材料,它能够表现出普通材料所不具备的特异性质,如负折射、负抗性、负穿透等。
超材料的原理主要基于其微观结构对电磁波的控制和调制,通过设计和调整超材料的结构,可以实现对电磁波的精确控制和操作。
超材料的研究和应用已经涉及到电磁波、声波、光子等领域,对于通信、传感、成像、隐身等方面有着重要的应用价值。
超材料的原理可以通过其微观结构的设计和调控来实现对电磁波的控制。
在超材料中,微观结构的尺度通常小于电磁波的波长,这使得超材料对电磁波产生了特殊的响应。
超材料的微观结构可以被设计成具有特定的电磁参数,如介电常数、磁导率等,从而实现对电磁波的调制和控制。
通过调整超材料的微观结构,可以实现对电磁波的折射、透射、反射等操作,从而实现对电磁波的精确控制。
超材料的原理在电磁波、声波、光子等领域都有着重要的应用。
在电磁波领域,超材料可以用于实现对电磁波的聚焦、透镜、隐身等功能,对于雷达、通信、成像等方面有着重要的应用价值。
在声波领域,超材料可以实现对声波的调控和控制,对于声学隔离、声学透镜等方面有着重要的应用价值。
在光子领域,超材料可以实现对光子的调制和控制,对于光学器件、光子芯片等方面有着重要的应用价值。
超材料的原理和应用对于科学研究和工程技术具有重要的意义。
通过对超材料的研究和应用,可以实现对电磁波、声波、光子等波动的精确控制和操作,为通信、传感、成像、隐身等领域提供了新的可能性。
超材料的研究和应用也为材料科学和物理学领域提供了新的研究方向和发展机遇,有着重要的学术和应用价值。
总的来说,超材料的原理基于其微观结构对电磁波的控制和调制,通过设计和调整超材料的结构,可以实现对电磁波的精确控制和操作。
超材料的原理在电磁波、声波、光子等领域都有着重要的应用,对于科学研究和工程技术具有重要的意义。
超材料的研究和应用也为材料科学和物理学领域提供了新的研究方向和发展机遇,有着重要的学术和应用价值。
超材料光学特性及其应用展望
![超材料光学特性及其应用展望](https://img.taocdn.com/s3/m/78cf6e17905f804d2b160b4e767f5acfa1c7831c.png)
超材料光学特性及其应用展望一、前言超材料是指由人工合成的材料,拥有超常的性质,常表现为负折射率、超透明、折射率和光速的改变等。
这些性质使得超材料在光学应用中具有重要的作用,被广泛地应用于光电子学、信息科学、能源科学等领域。
本文将重点探讨超材料的光学特性及其应用展望。
二、超材料的光学特性1.负折射率超材料中的电磁波传播规律与自然界中的折射规律形成了鲜明的对比。
相比于自然界中的材料,超材料中的电磁波的折射率是负的。
对于具有负折射率的材料,光波在材料中传播的过程中会做出一些与自然材料完全不同的反向弯曲行为,这种行为对于学者们而言具有很大的困惑和挑战。
2.超透明超材料还有一个特别显著的特性,就是它们可以同时是透明材料和吸收材料。
在这些材料中,光子会频繁地被吸收和辐射出来,但整体上却可以表现出一个类似于透明物体的状态。
超透明的超材料主要是通过周期性的排列结构实现的,结构的尺度远远小于光波的波长,因此能够完美地过滤掉非常窄的波长区间。
3.折射率和光速的改变超材料的另一个光学特性是可以通过控制相对介电常数和相对磁导率的值来实现对光速的控制。
这种控制效果在可见光波段中很难实现,同时涉及到的材料性质非常复杂,研究难度很大。
三、超材料的应用展望1. 光学透镜在超材料中经常采用聚焦原理,从而实现像普通透镜一样的成像效果。
超材料的透镜具有弥散性小、直径小、加工方便、造价低廉等特点,极大地拓展了透镜应用的领域。
2. 人体组织光学成像超材料的吸收特性可以被用于人体组织光学成像中,从而实现更好的成像效果,并且不会对人体组织造成伤害。
这种成像方法被称为超材料光学相干断层扫描(OCT)。
3. 热辐射与太阳能吸收研究表明,超材料可以在可见光和红外波段中减小辐射传递的热效应,从而达到优异的隔热效果。
同时在太阳能吸收上也具有巨大潜力,可解决传统能源稀缺的问题。
四、结论总之,超材料体系是科学家们发掘和运用新颖物理的重要领域。
它具有独特的物理效应、优异的性能及广泛的应用前景。
超材料简介课件
![超材料简介课件](https://img.taocdn.com/s3/m/ea62165b54270722192e453610661ed9ad5155e2.png)
日期:•超材料概述•超材料的发现与发展•超材料的制备方法•超材料的用途与性能目•超材料的应用领域•超材料的研究挑战与展望录超材料概述01它是一种具有特殊物理性能的新型材料,其性能可随其组成和结构的变化而改变。
超材料的设计和制造方法可以包括纳米技术、微电子技术、化学合成等。
超材料是一种人造的复合材料,其性能和功能远超过其基本成分。
超材料具有超常的物理性能,例如超导性、超透性、超强度等。
超材料的特性与其组成和结构密切相关,可以通过调整其组成和结构来优化其性能。
超材料的设计和制造需要精确控制其微观结构和性能,因此需要高精度的制造技术和先进的测试方法。
子超材料等。
根据其功能和应用领域,超材料可分为电磁超材料、光学超材料、机械超材料等。
超材料还可以根据其制造方法分为纳米超材料、微米超材料等。
超材料的发现与发展02天然材料人类最早使用的材料是天然材料,如木材、石头、金属等。
这些材料是由自然界中的元素和化合物组成。
人造材料随着科技的发展,人类开始制造出各种人造材料,如塑料、玻璃、陶瓷等。
这些材料是由人类通过化学反应和加工技术合成的。
超材料的起源超材料是一种新型的材料,它不同于传统的天然材料和人造材料。
超材料是由人类通过设计和制造,具有超常的物理性能和功能的一种材料。
超材料的设计和制造需要高水平的科技和工程能力。
超材料的起源超材料的定义01超材料是一种具有超常物理性能和功能的新型材料。
它由人类通过设计和制造,具有超常的物理性能和功能的一种材料。
超材料的设计和制造需要高水平的科技和工程能力。
超材料的分类02超材料可以根据其物理性能和功能的不同进行分类。
常见的超材料包括左手性材料、右手性材料、超导材料等。
这些不同类型的超材料具有不同的物理性能和功能。
超材料的制备方法03超材料的制备方法包括薄膜沉积、纳米加工、3D打印等技术。
这些技术可以制造出具有特定物理性能和功能的超材料。
超材料与新一代信息技术相结合,可以开发出更多具有创新应用场景的材料。
超材料的理论和应用
![超材料的理论和应用](https://img.taocdn.com/s3/m/f9047ee151e2524de518964bcf84b9d528ea2c07.png)
超材料的理论和应用超材料是一种能够展示出特定性质的材料。
这一特性是通过对材料的结构进行精细的设计和制造来实现的。
超材料是一种利用纳米结构的材料,在光学、声学、电磁、热学等领域具有广泛的应用。
近年来,超材料的研究和应用领域日益扩大,成为材料科学和工程领域的重要研究方向。
本文将介绍超材料的理论和应用。
一、超材料的理论1.超材料的设计原理超材料的设计原理基于自然材料中的一些特性,如费米子、玻色材料等。
超材料的设计是基于结构,通过精密设计和纳米加工,制造出能够在特定频率和波长下具有特定性质的结构。
2.超材料的模型超材料的设计采用了尺度从毫米到纳米的方法,利用纳米结构进行制造。
其中,最常使用的模型是周期性结构、分形结构和随机结构。
其中,周期性结构是指通过重复单元或者群体来建立的结构;分形结构是指利用重复的自相似单元建立的结构;随机结构则是指随机分布的纳米结构,利用统计分析来建立的结构。
3.超材料的性质超材料的性质取决于其微观结构和组成。
其中,电磁超材料具有电磁场的控制功能,可以改变电磁场的传播速度、方向和偏振;声学超材料可以控制声波的传播和反射;光学超材料可以控制光波的传播和折射。
二、超材料的应用1.光学应用光学超材料是最常见的超材料之一,通过控制光线的折射、反射、透射来实现控制光信号的作用。
光学超材料在光学透镜、激光器、光纤通讯等领域应用广泛。
2.电磁应用电磁超材料可以控制电磁场的传播、偏振和相位。
电磁超材料在电磁波探测、天线、微波器件等领域得到了广泛应用。
3.声学应用声学超材料可以控制声波的传播和反射。
声学超材料在声学透镜、声波过滤器、降噪耳机等方面得到了广泛应用。
4.热学应用热学超材料可以控制热红外线的辐射、吸收和传递。
热学超材料在太阳能电池、热电材料等领域得到了广泛应用。
三、超材料的前景随着纳米技术和材料科学的不断发展,超材料的研究和应用前景广阔。
超材料的应用范围远不止于此,例如医用材料、新能源材料、环保材料等方面都有着很好的应用前景。
超材料发展历史
![超材料发展历史](https://img.taocdn.com/s3/m/3f089b1676232f60ddccda38376baf1ffc4fe3f9.png)
超材料发展历史一、理论起源超材料(Metamaterials)的概念最早可以追溯到20世纪90年代初期,当时的理论物理学家提出了一种基于人工结构的设计理念,旨在创造具有特殊物理性质的新型材料。
这一理念的提出,为超材料的发展奠定了理论基础。
二、实验验证随着理论的不断发展,实验验证成为了超材料研究的重要一环。
研究者们开始通过微加工技术制造超材料的样品,并进行各种实验测试。
这些实验验证不仅证实了超材料的存在,还揭示了其独特的物理性质,进一步推动了超材料的研究进程。
三、技术突破在实验验证的基础上,研究者们不断探索超材料的潜在应用。
在这个过程中,技术突破成为了关键。
例如,通过优化制造工艺,提高了超材料的性能稳定性;通过引入新型设计理念,拓展了超材料的可应用范围。
这些技术突破为超材料的实际应用奠定了基础。
四、应用拓展随着超材料研究的深入和技术突破的取得,其应用领域逐渐得到拓展。
目前,超材料已经被广泛应用于微波通信、雷达吸收、传感器等领域。
未来,随着超材料的不断优化和性能提升,其应用前景将更加广阔。
五、产业推进随着超材料应用的不断拓展,产业界也纷纷涉足这一领域。
目前,已经有一些公司开始生产超材料产品,并逐步实现商业化应用。
同时,政府机构和科研机构也在积极推动超材料产业的发展,为超材料的未来发展提供了有力支持。
六、未来展望未来,随着科技的不断进步和研究的深入,超材料将会在更多领域得到应用。
同时,随着制造工艺和设计理念的不断提升,超材料的性能也将得到进一步优化。
可以预见,超材料将在未来科技领域发挥越来越重要的作用,为人类社会的发展带来更多机遇和挑战。
超材料在光电学中的研究与应用
![超材料在光电学中的研究与应用](https://img.taocdn.com/s3/m/bfbfb567ae45b307e87101f69e3143323868f54f.png)
超材料在光电学中的研究与应用超材料是一种具有特殊结构和物理特性的材料,它可以通过人工设计和制备来实现对光的特殊控制,因此在光电学领域具有广泛的研究和应用前景。
本文将重点介绍超材料在光电学中的研究和应用方面的进展。
一、超材料的基本概念和特点超材料是由金属或其他导电材料和介质材料组成的,具有周期性结构的人工制作材料。
与自然界的材料相比,超材料具有几个显著的特点:1.负折射:超材料可以实现负折射现象,即在一些波长范围内,光线的传播方向与传统材料中的反向,这种特性可用来制作超透镜或超分辨显微镜。
2.阴隔波导特性:超材料结构可以实现阴隔效应,即几乎不透过光线的结构。
这种特性可以应用于光电子器件中的光波导、光开关和光窗等。
3.超透镜效应:超材料具有球面透镜的聚焦特性,可以实现超精细的像差校正,使得成像分辨率达到极高水平。
4.磁光学和电光学效应:超材料的导电材料可以与电磁场产生相互作用,实现磁光学和电光学效应。
这种特性被广泛应用于光电调制器和光纤器件中。
二、超材料在光电学研究中的应用1.光传感器:超材料可以通过改变材料的周期结构和组分来实现对光的选择性吸收,从而制备出高灵敏度、高选择性的光传感器。
这些传感器可用于环境污染检测、生物传感和光学信号处理等领域。
2.光谱分析:超材料能够通过调控材料的纳米结构和周期性来实现对光的分散和分光效果,从而实现高分辨率和高灵敏度的光谱分析。
这种特性在分子结构分析、材料成分检测和光学信号处理等领域有着重要应用。
3.光通信:超材料具有负折射和微纳结构设计的能力,可以用来制作超柔性的光纤和光波导器件,并且可以实现对光信号的高精度调制和传输。
这种特性在高速光通信和光网络传输中具有重要的应用。
4.激光技术:超材料可以通过结构和组分的设计来实现对激光的调制和控制,从而制备出高纯度、高能量密度的激光器件。
这种特性被广泛应用于激光微加工、激光成像和激光治疗等领域。
5.光能转换和太阳能电池:超材料具有良好的光散射和光吸收特性,可以实现对太阳光的高效吸收和转换。
超材料是什么
![超材料是什么](https://img.taocdn.com/s3/m/b77287092f3f5727a5e9856a561252d380eb20d8.png)
超材料是什么超材料,又称为超材质或者超材,是一种具有特殊性能和特定结构的材料。
它们通常具有一些非常规的性质,如负折射率、负抗性、负热膨胀等,这些性质在自然材料中是很难或者根本不可能出现的。
超材料的研究和应用领域非常广泛,涉及到光学、声学、电磁学、热学等多个领域,因此备受科学家和工程师的关注。
超材料的概念最早可以追溯到20世纪60年代,当时苏联科学家维克托·瓦西利耶维奇·弗拉基米罗夫提出了负折射率的概念,这被认为是超材料研究的开端。
随后,随着人们对材料科学的深入研究,超材料的研究也得到了长足的发展。
目前,超材料已经在很多领域得到了广泛的应用,比如光学透镜、声学隔音、电磁屏蔽等方面。
超材料的研究和应用主要基于其特殊的结构和性质。
一般来说,超材料的结构尺度远远小于光波长、声波长或者电磁波长,因此它们可以表现出许多传统材料所不具备的性质。
比如,一些超材料可以使光线发生负折射,这就意味着它们可以实现一些传统材料无法实现的光学效应。
此外,超材料还可以通过调节其结构来实现对电磁波或声波的控制,这为电磁屏蔽、声学隔音等应用提供了新的途径。
除了在基础科学研究领域,超材料的应用也逐渐渗透到了工程技术领域。
比如,利用超材料可以设计出更加紧凑、轻便的光学器件,这对于光学通信、激光雷达等领域具有重要意义。
此外,超材料还可以用于制备新型的声学材料,用于减少噪音、隔离声波等方面。
在电磁学领域,超材料也可以用于设计新型的电磁波吸收材料,用于隐身技术、电磁屏蔽等方面。
总的来说,超材料是一种具有特殊结构和性质的材料,它们在光学、声学、电磁学等领域具有重要的应用价值。
随着材料科学和纳米技术的不断发展,相信超材料的研究和应用将会得到更加广泛的推广和应用。
超材料
![超材料](https://img.taocdn.com/s3/m/9a9bd137a32d7375a41780be.png)
Xiang Zhang
Sub–Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens
Sub–Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens
崔铁军团队
Broadband Ground-Plane Cloak
Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies
D.R.Smith
Experimental Verification of a Negative Index of Refraction
频率 10ials
主要内容
什么是超材料 负折射率概念 隐身衣原理 超材料的研究发展状况
什么是超材料?
超材料的三个重要特征
超材料通常是具有新奇人工结构的复合材 料;
超材料具有超常的物理性质(往往是自然 界的材料中所不具备的);
超材料性质往往不主要决定于构成材料的 本征性质,而决定于其中的人工结构。
自然界中的材料
负折射率
电磁波沿曲线传播
电磁波的传播方向取决于介质的性质
隐身衣的基本原理
什么是“看到” ?
实现隐身效果
隐身衣
man→woman
J.B.Pendry
Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies
Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies
Broadband Ground-Plane Cloak
超材料科学的基本概念和制备方法
![超材料科学的基本概念和制备方法](https://img.taocdn.com/s3/m/efed4d20c381e53a580216fc700abb68a982adab.png)
超材料科学的基本概念和制备方法超材料是一种新型材料,它通过设计并组装人造结构实现所需的物理特性。
它具有许多优异特性,比如电磁波吸收、隐身、超分辨率成像等等。
超材料科学的出现为我们提供了一种具有重要应用意义的工具。
然而,什么是超材料?它的制备方法又是什么呢?本文将为大家介绍超材料科学的基本概念和制备方法。
一、超材料的基本概念超材料是一种人工设计的、具有特殊电磁性质的介质材料。
它的特殊性质来自于其微观结构,一般由一系列亚波长结构组成。
这些亚波长结构可以控制电磁波的传播,达到特别的功能。
超材料可以用于电磁波吸收、隐形材料、超分辨率成像、光电探测和宽带吸声等方面。
目前超材料的材料系统有金属、介质和半导体。
其中以金属为基础材料的超材料研究较为成熟。
二、超材料制备方法制备超材料的方法有多种,常见的制备方法包括厚膜电镀法、光刻/电子束曝光法、微球立体组装法、侵蚀法等。
1. 厚膜电镀法厚膜电镀法制备超材料的过程是在导体表面上,电镀出一层厚达几毫米的金属。
这一层金属被称作铜基底层。
通过对铜基底层的切割和银层的电镀,可以制备出一系列紧密排列的立方体状金属微结构。
2. 光刻/电子束曝光法光刻/电子束曝光法是通过光刻和电子束曝光技术制造超材料的方法。
这种方法需要一个金属基底,以及在金属基底上铸造的绝缘层。
对这一层绝缘层进行光刻或电子束曝光,并进行线形转移和化学腐蚀,最终得到所需的立方体状金属微结构。
3. 微球立体组装法微球立体组装法是通过一系列的微球组成,熔结在一起构建超材料的方法。
它的制备过程是先制备一个硅基底,然后在硅基底表面上喷洒一层聚丙烯小球。
在这些小球的表面涂上一层银薄膜,并利用硝酸的腐蚀作用,将聚丙烯球全面溶解,得到一个由银层组成的硅基底。
这种方法不会破坏银层,使所制备的微结构非常完整。
其中每个微结构的大小、形状可以通过微球粒径的控制来实现。
4. 侵蚀法侵蚀法是一种在大面积上制备超材料的方法。
其制备过程是先铸造出一个硅基底,然后在基底表面涂上一层光敏胶。
超材料的构建与应用前景
![超材料的构建与应用前景](https://img.taocdn.com/s3/m/c451913077c66137ee06eff9aef8941ea76e4bb0.png)
超材料的构建与应用前景超材料是一种具有特殊光学性质的材料,其可以用作光学器件的基础材料,广泛应用于信息技术、光电子技术、生物医学等领域。
与普通材料相比,超材料的折射率、消光系数等光学性质均表现出奇特的特性,既可以是超透明的、超反射的,也可以是超吸收的、超折射的。
超材料的构建和应用有着广泛的前景,下文将从几个方面介绍超材料的相关理论和应用前景。
一、超材料的构建超材料一般由微小的有序结构单元构成,这些单元之间通常具有高度的对称性和周期性,以产生对电磁波的非常规响应。
在超材料的构建过程中,多使用了纳米加工技术,例如电子束微细加工技术、激光微细加工技术、自组装技术等。
自组装技术是一种常用的制备超材料的方法,它利用物理、化学、生物等自组装原理和现象,通过控制表面相互作用力和集合效应来实现组装。
自组装的方法有自组装自微制作法、自组装自解体法、自组装对位法等,它们都能够得到具有一定周期结构的超材料。
近年来,还出现了许多新兴的制备超材料的方法,例如立方网格元件制备技术、金属-有机-金属超材料的合成法等。
二、超材料应用前景超材料在信息技术、光电子技术、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
下面几个方面阐述其应用前景:(1)隐形衣隐形衣是一种穿上后能够使人隐形的衣服,它基于超材料阻挡或重定向光线的特性,能够使穿着者像鱼一样在水中隐形,甚至桌子和地板上也无动于衷。
未来隐形衣将具有更加广泛的应用,例如军事领域、人身安全领域等等。
(2)光电子技术超材料是光学器件的基础材料,与传统的光学器件相比,超材料可以将光线集中到非常小的区域,并且能够在纳米尺度上进行调控,因此在微型光电子技术应用中具有广泛的应用前景。
例如超材料的应用可以提高太阳能电池的效率、改善纳米激光的质量、加强微型传感器的灵敏度等。
(3)突破衍射极限传统光学器件不能小于单个光子的波长,这是因为文成极限的限制,而超材料的使用可以突破衍射极限。
超材料可以用来制造各种异形透镜,通过控制光波与材料的相互作用来达到曲线折射、倒像、放大等效果。
超材料在能源领域中的应用
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超材料在能源领域中的应用一、引言超材料是指在某些频率范围内,其特定物理性质超过自然材料的材料。
这种材料由于其独特的电磁性质而得到广泛的应用,包括在通信和光电子设备中,其在能源领域中,也有着广泛的应用前景。
二、超材料的基本概念与分类超材料是由人工设计的人造材料,通常由一系列的微观结构组成。
这些微观结构通常有一个特殊的大小,比光的波长要小得多,可以以奇特的方式控制光的传播特性。
根据其功能特性,超材料可以分为电磁波超材料、声学超材料和热超材料等。
其中,电磁波超材料是应用最为广泛的一种类别,也是本文重点讨论的对象。
三、超材料在太阳能电池中的应用太阳能电池是一种将太阳能转换成电能的设备。
但是,太阳能电池不仅需要高效转换能源,而且还要经受不同环境条件的挑战。
光子在太阳能电池中的传输是一个非常重要的过程,而超材料可以在这个过程中提供一个完美的选择。
超材料可以通过两种方式对光进行控制,即缩短或增加光的波长。
在太阳能电池中,超材料可以通过改变光的波长,使得太阳能电池所能接收到的光的波长范围更广,从而提高了太阳能电池的能量转换效率。
四、超材料在储能领域中的应用储能技术是解决能源问题的重要手段之一。
超材料在储能领域中的应用主要涉及两个方面:一是在电池上的应用,二是储能材料的开发。
在电池方面,超材料可以用于电极表面的改造,从而使得电解质分子更容易与电极表面进行反应,提高了电池的充电和放电性能。
在储能材料的开发方面,超材料可以用于改造电极材料的结构,从而提高储能材料的储存能力和释放能力。
五、超材料在传输和分配能源方面的应用超材料可以通过其优异的光学性质,实现对不同能源的传输和分配。
例如,在输电线路中,超材料可以控制电磁波的传播,在一定条件下,还可以实现对电能的有效分配。
此外,在能源转换领域中,超材料还可以通过改变光的传播特性,实现对化学反应的控制,提高化学反应的速度和效率。
六、超材料未来的发展前景超材料在能源领域中的应用范围较广,但是目前仍存在很多技术和经济上的障碍。
超材料的基本特性及其应用
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超材料的基本特性及其应用超材料,是一种具有优异电磁特性的人工合成材料。
它具备许多传统材料所不具备的特性,如超常的折射率、负折射率、超透射性等。
这使得超材料在电子器件、光学器件等领域中具有广泛应用前景。
超材料的特性相比于自然物质,超材料的特性更加优秀。
其主要特性包括以下方面:一、折射率、相位常数和阻抗的负值超材料可以表现出折射率、相位常数和阻抗的负值,这使得超材料可以制造出近似于“隐身材料”的功能。
二、波导的超透性在传统的金属材料中,电磁波通常都会被反射和散射,导致波导中的能量损失极大。
而在超材料中,电磁波可以穿过材料,从而实现能量在波导中的无损传输。
三、调节器件中的折射率超材料可以通过改变电磁波的波长,进而改变它在材料中的传播速度和折射率。
这就可以通过切换材料的不同状态实现调节器件中的折射率。
四、吸收电磁波的频率选择性超材料中的均匀微观结构可以选择性地吸收特定频率的电磁波。
这可以被用于制造扰动符合特定频率的电子器件。
应用领域超材料在电子器件、光学器件、热学器件等领域中都具有广泛的应用。
一、电子器件超材料可以被用于制造变频器、滤波器等电子器件。
比如说,可以用超材料制造出更加小型化的高频功率器,从而提高功率传输效率,并降低了功率器件的大小。
二、光学器件因为超材料表现出了负折射率,所以它可以被用于制造隐身材料。
并且,超材料在制作光学透镜、微波器等方面也具有巨大的应用前景。
三、热学器件超材料也可以在热学器件中得到应用。
例如,超材料可以制造出更加高效的太阳能电池板,可以更高效地吸收太阳能,并将其转化为电能。
总之,超材料在实际生产生活中具有不可替代的作用。
目前,有关部门已经开始对超材料的研发进行持续性的投入。
可以预期,在不久的将来,这种材料将会在各行各业中得到广泛应用。
超材料及其在光学中的应用
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超材料及其在光学中的应用超材料是一种具有特殊的物理特性的材料,是指由一系列微米和纳米级别的结构组成的材料。
这些结构的大小和形态使得超材料对电磁波的响应具有独特的性质。
超材料的出现使得人们对光学、电子、声波等现象有了新的认识,也为各种应用带来了新的可能性。
本文将探讨超材料在光学中的应用,并简要介绍其特性和制备方法。
超材料的特性超材料由许多微小的结构组成,这些结构的大小通常要小于电磁波的波长,因此超材料的响应可以被视为一种“局部重构”电磁场的现象。
超材料的主要特性如下:1. 负折射率:一些超材料具有负折射率,这意味着它们能够折射入射光线,并使光线向相反的方向偏转。
这一特性引发了对超材料的广泛研究,并被视为最显著的超材料特性之一。
2. 高分散性:超材料具有高分散性的特性,它们能够将光场分散成不同的频率,这一属性为制备光子晶体以及制备色散效应高的量子点提供了可能性。
3. 材料极化:超材料中微结构的大小和形状可以与电场相互作用,导致材料具有极化行为。
这种极化行为使超材料在器件设计和光谱分析中得到广泛应用。
超材料的制备方法超材料的制备通常基于构建不同形态的微结构,通常有以下几种方法:1. 镀膜法:该方法可以制备金属/介质的纳米结构,用于制备超材料。
2. 自组装法:在该方法中,使可分散的材料相互作用,涂布在表面上以构成一系列不同的结构。
3. 离子束雕刻(focussed ion beam,FIB):通过使用离子束雕刻器,在半导体材料上制造出结构比牛顿环还小的微结构。
超材料在光学中的应用超材料在光学中的应用非常广泛。
以下为一些常见的应用:1. 透镜制造:超材料可以制造出小型、精确的透镜,其将热等离子体激发到金属结构中以制作超材料镜头。
2. 光汽化法:超材料的负折射率使其在制造单层膜和其他光学器件方面具有广泛的应用。
超材料可以被用于增强电弧的效果,从而制造出更稳定的材料。
3. 量子点发光器制造:光学超材料中的纳米结构经过量子点发光器转换为具有特定波长范围的光。
超材料是什么
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超材料是什么超材料,顾名思义,是一种具有超常规性能的材料。
它们可以在某些方面表现出特殊的性质,例如负折射率、负抗性、负热膨胀等。
这些特性使得超材料在光学、声学、热学等领域具有广泛的应用前景。
超材料最早是在20世纪90年代由英国物理学家约翰·潘德里格斯和大卫·史密斯提出的。
他们提出了一种新型材料,这种材料具有负折射率,即光在这种材料中传播时会出现反常的折射现象。
这一概念引起了科学界的广泛关注,也开启了超材料研究的新篇章。
超材料的特殊性质源于其微观结构的设计和调控。
通常情况下,超材料由人工制备的微纳结构组成,这些结构的尺寸远小于光波长或声波波长,因此可以表现出与自然材料不同的性质。
通过合理设计这些微纳结构的形状、尺寸和排列方式,可以实现对光、声、热等波的控制,从而实现超材料的特殊功能。
超材料在光学领域的应用是最为广泛的。
由于其负折射率的特性,超材料可以制备出折射率为零的透镜,这种透镜可以消除球面像差,实现超高分辨率的成像。
此外,超材料还可以用于制备超透镜,实现超分辨率成像,甚至可以突破衍射极限,实现纳米尺度的成像。
除了光学领域,超材料在声学和热学领域也有着重要的应用。
在声学领域,超材料可以实现声波的负折射率和声波的透镜效应,从而可以用于声波成像和声波隔离。
在热学领域,超材料可以实现负热膨胀和热传导的控制,可以用于制备热辐射控制材料和热绝缘材料。
总的来说,超材料是一种具有特殊性质的材料,它们可以通过微观结构的设计和调控实现对光、声、热等波的控制,具有广泛的应用前景。
随着超材料研究的不断深入和发展,相信它们将会在各个领域展现出更多令人惊奇的应用。
超材料是什么
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超材料是什么超材料是一种具有特殊功能和性质的人工合成材料。
它们通过设计和调控微观结构以及组成材料的元素或物质,能够突破传统材料在光学、声学、热学和电磁学等方面的限制,表现出非常优异的性能。
超材料的设计和制备基于对光或电磁波在微观尺度下的行为的理解。
通过调控材料的结构和成分,超材料能够表现出一些常规材料所不具备的特殊性质,如负折射、透明性、隐身性和超光学超声学效应等。
这些特性使超材料在许多领域具有巨大的应用潜力。
在光学领域,超材料可以被用来制造超透镜和光学限制器。
超透镜是一种能够聚焦光线到小于其波长的点的材料,突破了传统透镜的折射极限。
光学限制器能够选择性地控制光波的传播方向,使其只能在特定的角度范围内通过。
这些应用对于实现更高效的光通信和传感器技术具有重要意义。
在声学领域,超材料的负羽毛效应和声波引导能力使其成为制造声波滤波器和声学透镜的理想材料。
负羽毛效应指的是材料对特定频率的声波呈现出反常的敏感性,使得在该频率范围内声波的传播速度比真空中的声速更快。
这为声波的控制和调控提供了新的途径。
在热学领域,超材料可以用于制造热辐射调控材料,实现对热辐射的控制和操纵。
热辐射调控材料能够选择性地吸收、反射和透射热辐射,实现对热能的高效转换和利用,具有广泛的应用前景,如太阳能电池板、热多级器和热光伏设备等。
在电磁学领域,超材料可以用于制造隐身材料和超级吸波材料。
隐身材料可以通过改变电磁波的传播路径和散射特性,消除或减小材料对电磁波的反射和散射,实现对雷达探测的干扰和抵抗。
超级吸波材料能够有效吸收来自不同频率、不同入射角的电磁波,减少电磁辐射对周围环境和人体的影响。
综上所述,超材料是一种具有特殊功能和性质的人工合成材料,通过调控微观结构和组成材料的元素或物质,能够实现对光学、声学、热学和电磁学等方面的控制和调控。
超材料的发展和应用将极大地推动科学技术的进步,并为解决许多现实问题提供新的思路和方法。
超材料的设计与制备
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超材料的设计与制备超材料是一种新型材料,具有许多独特的性质和特点。
它将两种或多种不同的材料相互集成,形成一种新的结构材料,而这种新的材料可以具有原材料没有的性质和功能。
超材料的设计和制备有许多挑战,但也给科学家和研究人员们提供了极大的发挥空间。
1. 超材料的基本原理超材料是指通过对不同的材料进行设计与组合而成的一种新型材料。
超材料具有特殊的物理、化学和光学性质,如反射率高、光学透过度高、电磁波屏蔽能力强等等。
超材料通常由一种或多种嵌入于基体中的微小结构构成,如纳米线、金属球、纳米管等等,这些微小结构的排列和间距极其精细,使得材料呈现出理想的物理和化学性质。
2. 超材料的设计和制备需要考虑许多因素。
例如,要考虑材料的组成、结构、形状和大小等。
同时,也需要考虑到超材料的响应时间、抗摩擦性、可控性和集成性等因素。
这些因素直接影响着超材料的性质和功能。
2.1 超材料的组成和结构设计超材料的组成和结构决定其最终的性质和功能。
在组合不同的材料时,需要考虑到它们的诸多因素,如相容性、稳定性和协同性等。
在建模和设计阶段,需要对各个材料的力学、化学、物理和光学性质进行充分的分析和评估。
最终的设计要考虑到超材料的整体性能、稳定性和制备难度等因素。
2.2 超材料的制备过程超材料的制备过程通常涉及到多个步骤,如晶体生长、薄膜沉积、微纳加工和材料测试等。
晶体生长是一种用来合成单晶的技术,广泛应用于材料科学和化学领域。
薄膜沉积技术是一种制备高质量薄膜的方法,可以通过化学气相沉积、溅射和离子束沉积等方法来制备。
微纳加工技术是利用微纳加工设备对各种材料进行微细加工,从而获得微米或纳米尺度结构的技术。
最终,需要对材料进行测试和分析,以评估其性能和质量。
3. 超材料的应用超材料的独特性质和特点使得它们被广泛应用于各种领域。
例如,在能源领域中,可将超材料用于太阳能电池、光电转换器和热电发电器等;在信息领域中,超材料可以用于压缩和解码信息,用于加密和隐私保护,以及用于信息存储和传输等方面;在医学领域中,超材料被广泛应用于诊断和治疗方面,如药物递送和疾病检测等。
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超材料:科学与技术发展的一种新前沿摘要:超材料指的是一些具有自然界的天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料,在近十年来已经成为了材料科学、物理、化学以及工程学等学科的前沿发展方向。
本文对超材料的基本理论与原理、最新的进展以及未来的发展方向做了详细的介绍。
首先展示了超材料的基本原理与理论以及发展历程,其次针对最新发展做了介绍,包括超透镜、隐身斗篷和光子晶体以及超材料制备等。
最后,本文对超材料研究的未来发展方向与趋势作了详细讨论。
关键字:超材料负折射完美透镜光子晶体材料制造1引言在3000多年前,人类就掌握了制铜技术,并学会了制作较高性能的铜合金的方法。
在2000多年前人们又掌握了炼铁技术。
在20世纪六十年代,半导体材料飞速发展起来。
人们在利用这些材料基本是在原子与分子级别。
近些年来纳米技术又飞速的发展,在纳米尺寸级别人类又有很多重要的发现与发明。
超材料是一种与上面所介绍的材料都不一样的全新材料。
它提供了一种可以让人们随心所欲的制造具有许多特殊物理性质的全新思路与方法。
超材料的基本设计思路是以某种具有特殊功能的人工结构为基础。
例如,材料中所呈现的一些物理性质往往和材料结构中的关键物理尺度有关,一个最直观的例子是晶体。
晶体是自然界中物质的有序结构的一个重要形式,它的有序主要存在于原子层次,正是由于在这个尺度上的有序性调制,使晶体材料形成了一些无定型态所不具备的物理特征,上面所提到的半导体材料中最重要的单晶硅即是一种典型的晶体。
由此类比,在其它层次上的有序排列则可能获得一定程度的自然界中的材料所不具备的物理性质.。
因此,人们可以通过各种层次的有序结构实现对各种物理量的调制,从而获得自然界中在该层次上无序或无结构的材料所不具备的物理性质。
2 基本原理1在电磁学理论中,介电常数与磁导率是用于描述物质电磁性质的基本物理量,决定着电磁波在物质中的传播特性。
在传统的理论中,以上两个常数都必须 是为正数,负数是不具有任何物理意义的。
这一观点在二十世纪六十年代受到了 质疑。
1968年,前苏联科学家veselago 提出了介电常数与磁导率可能同时为负的理论,并从理论上虚构了一种这样一种具有负折射率的材料[1]。
让我们做如下讨论。
由麦克斯韦方程有:。
,,,t D j H t B E B D ∂∂+=⨯∇∂∂-=⨯∇=⋅∇=⋅∇000ρ各向同性介质的电磁性质方程为H B E D μμεε00,==考虑无源各向同性介质。
对于时谐单色平面电磁波,可设其方程为)(0)(0,r k t j r k t j e H H e E E •--•--==ωω代入麦克斯韦方程可得.,,0,000E H k H E k H k E k εωεμωμ-=⨯=⨯=•=•由此定义构成右手系。
由电磁场知识有εμ=2n那么折射率就有两个根:εμεμ-=+=n n ,我们习惯上舍弃负根,只保留正根。
但是可接下来做如下分析。
定义k c n k k ˆˆ2ωλπ==由上式可得E H k c n H E kc n-=⨯=⨯ˆˆ00εεμμ按照定义,和单位矢量成右手系,所以以上两式左边系数必须都为正。
即要求折 2射率 介电常数与磁导率同号。
.0n 0,0;0n 0,0>+=>><-=<<εμμεεμμε时,当时,当即从理论上推证了同时小于零的情况。
由于在此介质中,电场、磁场和波矢成左手系,所以负折射材料又称左手材料,如图1所示。
图1a 图1b图1a ,图,1b 光线从正折射率材料射入负折射率材料时发生的负折射现象然而负折射率材料的构想虽然很有趣,但是自然界中并不存在这种材料。
英国帝国理工学院的Pendry [2]从麦克斯韦方程和物质本构方程出发,通过理论计算指出:(1)间距在金属细线在毫米级的格子具有类似等离子体的物理行为,共振频率在GHz 与低于此频率时介电常数出现负值;(2)利用非磁性导电金属薄片构成开环共振器(Split ring resonator ,SRRs )并组成方阵,可实现负的有效磁导率,而且负的磁导率是可调的,这是自然界的物质无法达到的。
Smith 等[3]人按照Pendry 的理论构想,利用金属铜的开环共振器和导线组成二维周期性结构,首次在试验上制造出微波波段具有负介电常数、负磁导率的介质,如图2。
这种人工介质对微波表现出反常的折射方向。
随后,Eleftheriades 等[3]和Parazzoli 等[4]分别发表了微波波段负折射率的报告。
两组科学家在实验中直接观测到了逆折射定律:折射发生的方向与一般物质完全相反。
至此,有关负折射率材料的实验证实完全确立了。
由于这种材料的反常性质,又被称为超材料。
后来随着这一领域的不断发展,超材料的意义以住进突破了负折射率材料的限制。
3图2 利用金属铜的开环共振器和导线组成二维周期性结构3负折射率材料3.1超透镜Veslago[1]在考察双负材料曾指出,折射率为-1的平板棱镜能将来自附近电磁波源的光线聚焦到另一侧而成像。
对于普通的光学透镜倏逝波而言,由于携带物体的亚波长信息的倏逝波随传播距离指数衰减,因此达到像平面的电磁波将损失关于物的一部分信息。
Pendry研究介电常数和磁导率同时为-1的平板棱镜的成像行为时发现,左手材料的倏逝波振幅会被放大,它所包含的亚波长信息全部被保留下来,因而该棱镜突破了棱镜极限的限制,达到了亚波长分辨率的完美成像。
Pendry将这种理论上的左手棱镜称为“完美透镜”。
然而,对于Pendry的理论,有科研人员对其产生了质疑[5]。
他们认为,Pendry 假想的左手材料是不吸收或传播光的能量的一种形态,从而倏逝波将会包含无穷大的能量,因此其恢复是没有物理意义的,并且实际介质必然存在损耗,即使是非常小的吸收(与色散有关) 都将使倏逝波的放大退化为衰减。
Smith等[6]通过理论分析指出,左手介质的损耗、透镜的厚度等因素都会影响到亚波长成像的分辨率,“完美透镜”只是理论上的假设,实际上都会有偏差。
因此“超透镜”的概念要比“完美透镜”更贴切。
Zhang等研究倏逝波在银超透镜中的传播时发现,随着银薄膜厚度的增加,倏逝波的强度迅速增大,当银膜的厚度超过50nm后由于损耗的原因强度开始衰减。
Gric等大利用微波传输线棱镜,实现了亚波长成像,分辨率达到波长的0.214倍。
Fang等利用银超透膜实现了亚衍射极限的光学成像,分辨率高达照射波长的六分之一。
Cummer等从实验室直接测量到SRRs构成的超材料中的倏逝波的放大[7]。
实验结果证实了Pendry的超透镜理论------超透镜的亚波长分辨率归因于倏逝波的放大。
负折射材料的一个重要应用就是它们能够放大倏逝波从而实现“超透镜效应”,极大地提高了透镜成像的分辨率。
这将在核磁共振成像、光存储和超大规模集成电路中的光刻技术等诸多方面得到应用。
3.2隐形斗篷与零折射率超材料2006年,Pendry[8]在Science 上发文指出,可以利用负折射材料可以设计出“隐形斗篷”,如图3。
在负折射率材料中,折射率的材料入射到具有负折射率材料的界面时,光的折射与常规折射相反,入射光线和折射光线处在于界面法线方向同一侧,也就是说,在这种材料中,光出现了异常传播,出现了扭曲的现象。
要实现材料的隐身,最关键的技术就是制造出能扭曲可见光波的材料,只要制造出性能合适的材料,“隐形斗篷”将可能实现。
而这种材料,正是具有负折射率的超材料。
负折射率的材料具有传统材料所不具有的物理特性。
当它们与正折射率的材料结合时,将有可能出现零折射率的材料。
在最近的研究中,wang等[9]研制出一种能操纵光的折射率并且完全控制光在空气中的传播的光纳米结构,并证明光能通过人造媒介,从A点无任何相变地传播到B点,好像该传播媒介完全在空气中消失一样。
Wang等将正折射率和负折射率结合在一起,实现了对光子相位的精确控制,并使得最终得到的纳米结构表现得好似其折射率为零,如同整个空间消失了一样。
图3 隐形斗篷光学原理图54光子晶体1987 年,E. Yablonovitch [10]和S. John [11]独立地提出了光子带隙材料的概念。
光子晶体是由具有不同反射率的材料在空间交替构成的一种周期结构。
由于光在与其波长相匹配的周期结构中运动时,受到周期的散射和衍射,于是便产生了光的频率禁阻,在该系统中,某些频段的电磁波强度因破坏性干涉呈指数衰减,无论横向还是纵向的振动,都无法在介质中传播,形成电磁波能隙。
光子晶体的最根本特征是具有光子禁带,落在禁带中的光是被禁止传播的。
当原子被放在一个光子晶体里面,而它自发辐射的光频率正好落在光子禁带中时,由于该频率光子的态的数目为零,因此自发辐射几率为零,自发辐射也就被抑制;反过来,光子晶体也可以增强自发辐射,只要增加该频率光子态的数目便可实现,如在光子晶体中加入杂质,光子禁带中会出现品质因子非常高的杂质态,具有很大的态密度,这样便可以实现自发辐射的增强。
微波频段的光子晶体的制备可以通过精密微加工实现。
由于光子带隙的波长达到光频需要材料在更小的尺度(纳米到亚微米)得到周期性,所以这一直以来都是个技术上的挑战,目前在实验室中制备可见光频段三维完全带隙光子晶体还没有取得重大突破,因此,光频下光子晶体的制备必将是目前研究的重点,其主要方法有半导体工艺和自组装等。
目前建立了很多光子晶体的有源和无源光学器件模型,并且已经有部分光子晶体产品,包括光子晶体光纤,低阈值激光振荡器和高效率发光二极管等。
5 超材料的制备5.1 SRRs 制备工艺如前文所述,Pendry 通过对电磁场理论的分析首先提出了具体设计超材料的方法,即SRRs 。
作如下分析。
在经典的电磁场理论中,材料的性质一般可以由Drude-Lorentz 很好地描述,对于对于开环共振器(SRRs) 和细金属导线构成的复合微结构而言,根据该理论,介磁导率与介电常数的表达式形似,分别为:222()1m F i ωμωωωω=--+Γ 2()1()p w i ωεωωγω=-+6其中m ω 是体系的磁共振频率, F 表示金属占据格子的体积分数, i 为虚数单位,Γ为损耗频率(远小于m ω) 。
其中p ω 为电子的等离子体共振频率,而γ为损耗频率。
由上式可推知,当大于共振频率m ω时,SRRs 体系将出现负的磁导率;当 p ωω<时,出现负的介电常数。
以上级SRRs 制备的基本原理。
除了SRRs 之外,还有介质材料周期排列工艺。
它们都是周期性的结构。
在这些周期性结构中,晶格点阵的Bragg 散射起着重要的作用。
负折射效应可以说是非均匀媒质对电磁波的复杂集体响应行为的等效表观现象。
5.2非SRRs 制备如上所述,制作超材料最基本与重要的思想就是在某种关键尺寸上层次的有序排列,通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计来突破某些表观自然规律的限制。