基于超材料吸波结构的MEMS热电堆红外温度传感器设计

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。

基于CNTs/PLA的多层宽频超材料吸波结构设计与优化

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。

超材料吸波结构及其在真空电子器件中的应用

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。