【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，東北大學(xué)王強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)在太陽能光熱利用寬頻吸波超材料領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展。相關(guān)成果以Ultra-Broadband Perfect Absorbers Based on Biomimetic Metamaterials with Dual Coupling Gradient Resonators為題被國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials(影響因子27.4)以封面文章重點(diǎn)報(bào)道。東北大學(xué)為該論文的第一作者單位，東北大學(xué)冶金學(xué)院博士研究生任志宇為第一作者，劉曉明副教授與王強(qiáng)教授為共同通訊作者。
圖1 論文封面圖及首頁
寬頻吸波超材料可以在太陽能光譜波段對(duì)全向和全偏振入射電磁波實(shí)現(xiàn)近乎完美的吸收，在太陽能收集系統(tǒng)、熱發(fā)射器、紅外成像、傳感器和光電探測(cè)器等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)的電磁吸波超材料通常采用在平面方向或者垂直方向疊加具有不同吸收頻率的諧振單元來實(shí)現(xiàn)電磁響應(yīng)位點(diǎn)的擴(kuò)寬和吸收峰的疊加，這勢(shì)必導(dǎo)致吸收強(qiáng)度的降低和制備工藝的復(fù)雜。
王強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)提出了一種梯度諧振器的MIM超材料(GR-MIMs)設(shè)計(jì)概念，通過仿生結(jié)構(gòu)耦合形成微納兩種維度的梯度諧振器結(jié)構(gòu)，突破了超材料設(shè)計(jì)中不同諧振單元數(shù)量上的限制，將“共振點(diǎn)”轉(zhuǎn)化為“共振帶”，實(shí)現(xiàn)了諧振單元共振頻率的連續(xù)響應(yīng)(圖2)。通過對(duì)MIM結(jié)構(gòu)梯度化設(shè)計(jì)，200 nm厚的GR-MIMs在0.2~5 μm波段平均吸收率高達(dá)93%，展現(xiàn)出優(yōu)異的寬頻吸波性能。由于GR-MIMs的中心對(duì)稱和強(qiáng)側(cè)向散射機(jī)制，GR-MIMs實(shí)現(xiàn)了寬入射角度和極化不敏感吸收的光譜特性。GR-MIMs吸收體的太陽光譜吸收率可達(dá)94.5%，在太陽能利用，海水淡化，光熱除冰等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
圖2 雙耦合梯度諧振腔超材料結(jié)構(gòu)(a)吸波機(jī)理示意圖(b)光譜特性示意圖(c)
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