超材料簡介

報告人：康文彪超材料簡介ppt課件1目錄一.超材料1.1超材料的概念1.2超材料的分類二.左手材料2.1左手材料的概念2.2左手材料的性質(zhì)2.3左手材料的應(yīng)用三.光子晶體材料3.1光子晶體材料的概念3.2光子材料的原理3.3光子材料的應(yīng)用目錄一.超材料2一.超材料1.1超材料的概念“超材料"是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能。1.2超材料的應(yīng)用1.2.1零折射率超材料（1）一個國際科研團(tuán)隊研制出了一種新的光納米結(jié)構(gòu)，使科學(xué)家能操縱光的折射率并且完全控制光在空氣中的傳播。最新研究證明，光（電磁波）能通過人造媒介，從A點(diǎn)無任何相變地傳播到B點(diǎn)，好像該傳播媒介完全在空氣中消失一樣一.超材料1.1超材料的概念3（2）科學(xué)家們將正折射率和負(fù)折射率結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了對光子相位的精確控制。自然界中所有已知材料的折射率均為正?？茖W(xué)家們通過對這些人造亞波長的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行蝕刻，實(shí)現(xiàn)了對光傳播的控制，使該媒介中出現(xiàn)了一個負(fù)折射率?？茖W(xué)家們接著將該折射率為負(fù)的媒介同一個折射率為正的媒介串聯(lián)在一起，使得最終得到的納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)得好似其折射率為零。1.2.2超材料可吸收所有光線“當(dāng)光線打擊材料介質(zhì)時會出現(xiàn)三種情況：光線被反射，比如光線照射鏡面時；光線被傳播，比如光線照射在玻璃窗戶上時；最后一種情況就是光線被吸收并轉(zhuǎn)換成熱量。這種最新設(shè)計的超材料可以確保光線既不被反射，也不在其中傳播，而是將光線完全吸收轉(zhuǎn)換成熱量（2）科學(xué)家們將正折射率和負(fù)折射率結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了對光子相41.2.3超材料用于3D顯示光從“超材料”制造的空心光纖投射下來，周圍的光繞著管道改變方向，使這些光不可見。另一方面，從象素的平面陣列過來的光，不可見地通過每根光纖，在三維空間的特定位置上發(fā)光。通過在空間中對數(shù)以千計這種象素的排列，可以使得3-D顯示簡單地浮現(xiàn)在空中。1.2.3超材料用于3D顯示51.2超材料的分類（1）左手材料（2）光子材料1.2超材料的分類（1）左手材料6二.左手材料2.1左手材料的概念左手材料”是指一種介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時為負(fù)值的材料。電磁波在其傳播時，波矢k、電場E和磁場H之間的關(guān)系符合左手定律，因此稱之為“左手材料”二.左手材料2.1左手材料的概念72.2左手材料的性質(zhì)(1)負(fù)折射率效應(yīng)由n1sinθ1=n2sinθ2可知：（a）n1>0,n2>0時，θ2>0，即入射光線位于介面法線的兩側(cè)；（b）n1>0,n2<0時，θ2<0，那么入射光線與折射光線位于介面法線的同側(cè)。2.2左手材料的性質(zhì)(1)負(fù)折射率效應(yīng)8超材料簡介ppt課件9(2)反多普勒效應(yīng)若光源發(fā)出頻率ω0的光,而偵測器以速度v接近光源時,在一般介質(zhì)之中偵測器所接收到的電磁波頻率將比ω0高,而在左手材料中,因?yàn)槟芰總鞑サ姆较蚝拖辔粋鞑サ姆较蛘孟喾?所以如果二者相向而行,觀察者接收到的頻率會降低,則會收到比ω0低的頻率,反之則會升高,從而出現(xiàn)反多普勒效應(yīng)(2)反多普勒效應(yīng)102.3左手材料的應(yīng)用什么是“看到”？2.3左手材料的應(yīng)用什么是“看到”？11超材料在隱身領(lǐng)域的研究及應(yīng)用進(jìn)展超材料在隱身領(lǐng)域的研究及應(yīng)用進(jìn)展12超材料簡介ppt課件13超材料簡介ppt課件14人工超材料光傳輸特性的研究人工超材料光傳輸特性的研究15三.光子晶體材料3.1光子晶體的概念光子晶體是一種介電常數(shù)隨空間周期性變化的新型光學(xué)微結(jié)構(gòu)材料，其最根本的特征是具有光子禁帶。

如圖1～3所示的光子晶體材料從一維到三維的結(jié)構(gòu),可以明顯看出周期性的存在.高低折射率的材料交替排列形成周期性結(jié)構(gòu)就可以產(chǎn)生光子晶體帶隙.而周期的大小不同,導(dǎo)致了一定距離大小的光子晶體只對一定頻率的光波產(chǎn)生能帶效應(yīng).也就是只有某種頻率的光才會在某種周期距離一定的光子晶體中被完全禁止傳播。所謂的光子帶隙是指某一頻率范圍的波不能在此周期性結(jié)構(gòu)中傳播，即這種結(jié)構(gòu)本身存在“禁帶”三.光子晶體材料3.1光子晶體的概念如圖1～3所16在生物界中，也不乏光子晶體的蹤影。以花間飛舞的蝴蝶為例，其翅膀上的斑斕色彩，其實(shí)是鱗粉上排列整齊的次微米結(jié)構(gòu)，選擇性反射日光的結(jié)果.在生物界中，也不乏光子晶體的蹤影。以花間飛舞的蝴蝶為例，其翅173.2光子晶體的原理晶體內(nèi)部的原子是周期性有序排列的，這種周期勢場的存在，使運(yùn)動的電子受到周期勢場的布拉格散射，從而形成能帶結(jié)構(gòu)，帶與帶之間可能存在帶隙。電子波的能量如果落在帶隙中，就無法繼續(xù)傳播。相似的，在光子晶體中是由光的折射率指數(shù)的周期性變化產(chǎn)生了光帶隙結(jié)構(gòu)，從而由光帶隙結(jié)構(gòu)控制著光在光子晶體中的運(yùn)動3.2光子晶體的原理晶體內(nèi)部的原子是周期性有183.3光子晶體材料的應(yīng)用（1）微波領(lǐng)域中的應(yīng)用—天線3.3光子晶體材料的應(yīng)用（1）微波領(lǐng)域中的應(yīng)用—天線19基于LTCC超材料基板的微帶天線研究基于LTCC超材料基板的微帶天線研究20超材料簡介ppt課件21（2）電子計算機(jī)技術(shù)中的應(yīng)用--光纖光子晶體光纖（2