-工程20（2023）143研究超材料-文章一种热调谐超材料作为主动控制宽带吸收体邢晓昌，曹阳，田晓勇，吴玲玲Xi交通大学制造系统工程国家重点实验室阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2021年2022年2月23日修订2022年4月29日接受2022年11月12日在线提供关键词：超材料主动控制热可调谐宽带吸收A B S T R A C T近年来，由于超材料在电磁波控制方面的强大能力，超材料引起了人们越来越多的关注。然而，大多数先前报道的超材料无法主动控制全波段电磁波。在本文中，我们提出了一种热调谐宽带超材料（T-TBM）使用石蜡基复合材料（PD-Cs）具有不同的相变温度。在不同的相变温度下，通过控制PD-Cs的固-液状态，实现了T-TBM反射损耗峰从低频到高频的主动控制可以改变吸收峰值带宽（其中反射损耗值小于-30dB），而通过调节T-TBM的温度来满足宽带宽吸收（其中反射损耗值小于-10dB）。结果表明，T-TBM中PD-Cs相变温度的停滞为主动控制不同热条件下的电磁波吸收响应提供了时间窗口。该器件在电磁吸收、智能超材料、多功能结构器件等领域具有广阔的应用前景©2022 The Bottoms.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇CC BY-NC-ND许可（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）中找到。1. 介绍异向介质是一种通常包含周期性单胞排列的人工结构，由于其优异的电磁波调控能力和可定制设计能力，近年来成为研究热点[1每个超材料单元的EM响应可以通过控制超材料的几何结构或材料特性来调整因此，超材料在光路控制[9更具体地说，在电磁波吸收领域，梯度超材料结构可以优化吸收体的阻抗，从而显著提高子波吸收效率[20]。然而，一旦设计和制造了超材料吸收体，其EM响应通常不能改变 。 因 此 ， 具 有 动 态 电 磁 响 应 特 性 的超 材 料 器 件 （ 本 文 称 为MDDE）对于满足实际应用的要求是至关重要通过在使用PIN二极管或可变电容二极管的电路中添加元件，*通讯作者。电子邮件地址：leoxyt@mail.xjtu.edu.cn（X.- Y. Tian）。可以有效地改变MDDE的阻抗或电感来改变谐振频率，从而实现基于电调节技术的MDDE吸收带宽的调节[21然而，由于超材料的窄谐振带和复杂的电子器件结构，限制了超材料的宽带波传播性能和实际应用。流体调谐技术作为一种重要的解决方案，其介质主要包括蒸馏水和液态金属，宽带宽[25通过仿真优化，与电调技术相比，有效吸收带宽得到显著提高（反射损耗值10 dB，带宽> 20 GHz）。然而，大多数提出的设计通常表现出低的调谐速度，并需要刚性的注射通道，这限制了它们的潜在应用。除了这种方法之外，超材料的EM响应可以通过物理改变单元结构来有效地控制[28，29]，这是简单有效的，但需要复杂的制造工艺。作为上述调节方法的替代方案，热调谐超材料由于其简单的结构操作和快速的控制速度而引起了研究人员的兴趣[30例如，在非晶态和晶态之间切换碲化锗（GeTe）可以通过半导体器件来实现https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.04.0282095-8099/©2022 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engX.- C. Xing，Y.曹，X.- Y. Tian等人工程20（2023）143144----×热法Jeong等人[33]提出了一种使用热方法的基于GeTe材料的有源MDDE。当GeTe的状态转变为晶态时，吸收峰降低到9.6 GHz和对应吸收值增加0.36 dB。钛酸锶（STO）是热活性MDDE的另一种优良候选材料。Wang等人[34]设计了一种热频率可调的MDDE，他们使用了带有电谐振环（ERR）的STO，并将它们彼此靠近放置，导致波吸收频率随着温度的升高而向高频移动。然而，在这种情况下，高的规定的转变温度和极窄的波吸收带宽（小于0.5GHz）是远远不能满足实际应用的要求。由于水在不同温度下具有不同的频散介电常数，水被广泛应用于热调谐微波吸收领域。Shen等人[35]和Pang等人[36]提出了一种基于水基底构造的热可调谐超材料吸收器。它们的最大有效吸收带宽（反射损耗10 dB）为14.2GHz（2.6- 16.8GHz）。通过控制超材料的环境温度可以实现不同的电磁响应。然而，由于水的介电常数随着频率的增加而急剧减小，Shen等人[35]和Pang等人[36]提出的超材料吸收体无法实现更高的吸收率和更宽的吸收带，限制了其吸收峰值偏移的能力本文提出了一种主动热调谐宽带超材料（T-TBM），它具有传统梯度超材料的宽带吸收特性，并且其吸收响应可以主动调节。更具体地说，T-TBM由光聚合物和石蜡基复合材料（PD-Cs）组成，其由具有不同相变温度的还原氧化石墨烯（RGO）@Fe3 O4纳米复合材料和石蜡组成。采用直写法将不同相变温度的PD-Cs嵌入光致聚合物腔体的不同位置，制备了T-TBM。基于石蜡相变前后PD-Cs电磁特性的变化，可以调节T-TBM对电磁波的响应。该吸收体在宽带吸收条件下可以实现反射损耗峰的主动抵消。更重要的是，我们证明，通过控制超材料单元中PD-Cs的固-液状态（即，通过控制T-TBM的温度），吸收带宽（其中反射损耗值小于30 dB）可以进一步加宽或变窄。所提出的超材料提供了一种新的方法来灵活地操纵吸收带宽范围，这不再限于窄带吸收。通过调节T-TBM的温度，吸收体可以实现30 dB的波吸收带偏移，同时满足宽带扩展，这显然有利于多功能应用，如EM波调制器，热控开关，热控天线和智能温度控制系统。2. 材料及制备2.1. RGO@Fe3O4纳米复合材料的制备利用机械方法制备RGO@Fe3O4纳米复合材料，如下：5g RGO（宜昌新城石墨有限公司，有限公司、中国）和20克Fe3O4（Aladdin GroupCo. ， China ） 分别 分散 在 500 和 200 mL 乙 醇（ Aladdin GroupCo.）每次20 min。然后将分散的Fe3O4醇溶液缓慢倒入RGO醇分散液中并搅拌20 min。将分散的RGO@Fe3O4纳米复合物醇倒入真空过滤漏斗中并过滤，24小时最后，将过滤后的RGO@Fe3O4纳米复合材料置于45 ℃的真空烘箱中48 h2.2. PD-C的制备固体相变石蜡（PC#38、PC#48、PC#58;广州中佳新材料科技有限公司，有限公司、China）置于鼓风炉中熔化直至它们为液体;Span-80 （ Sinopharm Chemical Reagent Shaanxi Co.，有限公司、中国）的质量分数为5%，滴加到液相相变石蜡中将质量分数为15%的RGO@Fe3O4纳米复合材料置于不同类型的液相相变石蜡中，超声处理30min。2.3. T-TBM的制造如图1和图2所示，如图1（a）-（f）所示，使用两步成型方法制造尺寸为200 mm × 200 mm的T-TBM板。首先，使用耐高温光敏树脂（陕西恒通智能机器有限公司，有限公司、中国）作为原材料，如图1（a）所示。值得注意的是，这种光敏树脂的介电常数和损耗角正切分别为2.85和0.01，热挠曲温度为91 ℃。接着，将超材料框架固定在加工平台上（图1（b）），通过直写的方式将不同相变温度的熔融PD-Cs分别写入超材料框架中，如图1（b）和图2（c）所示。1（c）-（e）.值得注意的是，超材料的不同元素使用具有不同相变温度的不同PD-C写入。最后，将形成的T-TBM从处理平台移除（图1（f））。3. 结果和讨论3.1. RGO@Fe3O4纳米复合材料的表征对RGO@Fe3O4纳米复合材料的微观结构如图在图2（a）和（b）中，Fe3O4纳米复合物成功地嵌入RGO片层之间。 这种纳米复合材料具有纳米层状结构，有利于电磁波的多次反射和散射。用透射电子显微镜（TEM）对RGO@Fe3O4纳米复合材料的形貌进行了测量，如图1和图2所示. 2（c）和（d），清楚地揭示了Fe3O4和RGO之间的界面。这种结构有助于通过界面极化衰减EM波3.2. PD-C的性能如图3所示，使用波导方法测量了在正常大气温度（NAT，25 °C）下固态PD-Cs的EM参数。基于相变温度的差异和图3中描绘的测试结果，固态下具有38、48和58 °C的相变温度的PD-C分别被命名为PCP#38、PCP#48和PCP#58。当RGO@Fe3O4纳米复合材料的质量分数为15%时，不同相变温度的PD-Cs的电磁参数相差不大。此外，允许率的实部（e0）和虚部（e00）都随频率的增加而减小，而渗透率的实部（l0）和虚部（l00）随频率的增加波动很小然而，在整个频带中，PD-Cs的介电损耗角正切（tan（e））大于0.25X.- C. Xing，Y.曹，X.- Y. Tian等人工程20（2023）143145图1.一、（ a）使用立体光刻制备超材料主体。（b）超材料本体用螺栓固定在工作台（（f）将准备好的T-TBM从工作台上卸下图二. （a，b）RGO@Fe3 O4纳米复合材料的扫描电子显微镜（SEM）图像。(c)RGO@Fe3 O4纳米复合材料的TEM图像。(d)RGO@Fe3 O4纳米复合材料的高分辨率TEM图像。磁损耗角正切（tan（1））小于0.2，表明电损耗是PD-Cs的主要电磁波损耗用差示扫描量热法（DSC）研究了PD-Cs和纯石蜡的相变行为为方便起见，将 相变温度为38 、 48 和 58°C 的纯石蜡分别命名为PC#38、PC#48和PC#58进行了热分析实验，以研究0至70 °C的相变行为;所有DSC加热/冷却数据均取自第二次扫描结果，以确保数据的准确性和可靠性。如图所示 4、负热流表明纯石蜡的熔化是吸热的，而正热流表明其凝固是放热的。值得注意的是，PD-Cs和石蜡的熔点和凝固点几乎没有变化。基于上述结果，石蜡在反复熔化和固化循环过程中的热稳定性虽然RGO@Fe3 O4纳米复合材料的加入导致石蜡的潜热（曲线和横坐标包围的面积）降低，但并没有显著改变PD- Cs的相变温度这些发现为通过改变PD-Cs的固液状态来控制超材料的电磁响应提供了一种新的思路同轴探针技术[17]用于检测液态PD-Cs的复介电常数;测试组件如图5（a）所示。与固态的PD-Cs类似，根据相变的不同，将液态的PD-Cs定义为L-PCP#38、L-PCP #48和L-PCP#58温度结果示于图1A和1B中。 5（b）-（d）。与固态PD-Cs的复介电常数相比，液态PD-Cs的复介电常数的实部和虚部均值得注意的是，液态PD-Cs的电损耗角正切低于固态PD-Cs的电损耗角正切，这表明RGO@Fe3O4纳米复合材料形貌的改变导致PD-Cs电损耗性能的下降。3.3. T-TBM的实验和模拟结果为了验证T-TBM的宽带吸收和主动控制特性，测量了T-TBM在不同温度下的电磁吸收特性，并使用ANSYS HFSS 16.0模拟了T-TBM在NAT下的电磁吸收特性（图6）。在微波暗室中测量反射损耗（图6（a））。为了控制吸收器的温度，将加热模块放置在T-TBM下方（图6（c））。图6（b）描绘了T-TBM单位单元的几何尺寸。根据ANSYSHFSS 16.0的模拟结果，获得了T-TBM单元的尺寸。通过设置单元尺寸参数，利用ANSYS HFSS 16.0的优化功能，得到最终的优化结构尺寸。为了确保T-TBM与加热模块中的反射金属板之间的紧密接触，聚碳酸酯螺栓X.- C. Xing，Y.曹，X.- Y. Tian等人工程20（2023）143146---图3.第三章。PCP#38、PCP#48和PCP#58的EM参数。 （a-c）（a）PCP#38、（b）PCP#48和（c）PCP#58的复介电常数和复磁导率（e 0和e 00分别是介电常数的实部和虚部;以及10和100分别是磁导率的实部和虚部）。（d）不同PD-C的电损耗角正切（tan（e））和磁损耗角正切（tan（l））。用于将T-TBM固定到接骨板上。值得注意的是，T-TBM是一种半开放结构的吸收体，这不仅易于制备，而且有助于改善其结构的阻抗匹配。见图4。PD-Cs（PCP#38、PCP#48和PCP#58）和纯石蜡（PC#38、PC#48和PC#58）的DSC 曲 线 ， 其 中 PCP#38 、 PCP#48 、 PCP#58 、 PC#38 、 PC#48 和 PC#58 的 熔 点 为39.82、51.88、59.30、39.37、50.26和59.13°C，凝固点分别为32.91、47.68、56.22、32.37、47.37、56.15 ℃。3.3.1. NAT条件下T-TBM的吸收性能NAT反射损耗的模拟和实验结果如图7所示。结果表明，当PD-C处于NAT（固态）时，T-TBM的反射损耗在6 ~ 40 GHz范围内小于10dB。其有效吸收带宽为34 GHz，30 dB带宽为4.4 GHz（14.1- 14.2GHz15.9 GHz、19.9-22.5 GHz）。T-TBM具有宽带吸收特性。聚碳酸酯螺栓和非结构化的边缘区域是模拟和测量结果之间的差异的主要来源。这主要是由于聚碳酸酯螺栓引起的T-TBM结构的变化然而，这种变化不能通过模拟准确地预测。类似地，T-TBM的边缘区域是非结构化区域，其不符合无限周期性超材料的模拟要求。模拟了不同相变温度下PD-Cs的反射损耗为了确保对比的可信度，模拟的PD-Cs单层被赋予与T-TBM相同的厚度。由PCP#38、PCP#48或PCP#58组成的单层涂层分别在仅24.8、7.6或8.1 GHz处表现出共振峰（图7）。然而，从6到40 GHz的反射损耗没有达到 10 dB结果表明，非结构PD-Cs的吸收性能不如T-TBM的宽带吸收性能。因此，所提出的梯度超材料结构具有制造具有宽带吸收的吸收体的潜力。X.- C. Xing，Y.曹，X.- Y. Tian等人工程20（2023）143147图五. （a）左上图示示出了使用波导测试的固态PD-C;右下图示示出了用于测量液态PD-C的介电常数的Agilent探针测试组件。（(c)介电常数的虚部（e00）;以及（d）介电损耗角正切（e00/e0）。为了研究T-TBM在NAT处的微波吸收机制，测定了ANSYS HFSS16.0模拟的功率损耗分布的电场强度、磁场强度和周期平均幅度，并在图六、（ a）T-TBM在微波消声室中的实验装置。(b)厚度为7.2 mm的T-TBM;插图显示了单元尺寸，其中a= 6.1 mm，b= 7.3 mm，c=9.5 mm，d= 10 mm，L= 200 mm。（c）加热模块和T-TBM。见图8。在12.5 GHz的中点频率下，电场似乎被捕获在超材料单元的底部，而磁场则被反射到超材料单元的中部和底部。可以看出，磁场和电场的集中区域在Meta材料单元的中间重叠。因此，可以得出结论，磁损耗和电损耗都导致磁场和电场的重叠分布区域，以及功率损耗重叠。电场和磁场位于顶部和底部的超材料单元，当频率为17.6 GHz。当频率为27.1 GHz时，电磁场仍然分布在隧道掘进机的顶部和底部。此外，电场和磁场的分布区域在27.1GHz处比在17.6GHz处大。在27.1GHz处，电场分布区与功率损耗区重叠，表明主要的波损是电损耗。在32.7 GHz时，电场和磁场集中在T-TBM的中部。相比之下，在40 GHz时，T-TBM顶部的磁场明显加强，表明T-TBM顶部的波损耗主要是由高频磁场引起的。仿真结果表明，在吸波损耗方面，电损耗是主要的损耗源，而磁损耗在高频处更为明显。为了研究T-TBM的电磁吸收特性，采用S参数反演方法计算了T-TBM等效层X.- C. Xing，Y.曹，X.- Y. Tian等人工程20（2023）143148在在.ΣnZnZeff·tanhnc·ndn¼0nereff;¼c有效，有效，有效效应（eff）ZEF在nEFFn-1Zeffn Z·tanh. nc·nd在nZin¼nZin.Σð3ÞnZ Zrnlrefncj2pfpnlreff·neref4其中Z0= 377表示自由空间阻抗，nZeff表示T-TBM的第n层的输入阻抗，nEreff和nLreff分别表示第n层的等效介电常数和磁导率，nAeff表示第n层的衰减常数，nE0eff和nE0e0ff分别表示实部和虚第n层等效电阻分别为nl0eff和nl0e0ff表示第n层等效渗透率的实部和虚部，c表示自由空间中的EM波的速度，f表示微波的频率，并且nd表示T-TBM的第n层的厚度。nZ表示第n层的特性阻抗，nc表示第n层。 naeff、nZeff和Zeff的 曲 线 如图所示。 9（b）.在in见图7。T-TBM和由PCP#38、PCP#48或PCP#58组成的单层涂层在NAT（固态）6至40 GHz下的测量和模拟吸收特性。这里，exp#T-TBM是T-TBM的反射损耗实验曲线;sim#T-TBM是T-TBM的反射损耗模拟曲线;并且sim#38、sim#48和sim#58分别表示PCP#38、PCP#48和PCP#58的单层涂层的反射损耗模拟曲线。（图9（a）中提供了详细的分层）。如图9（a）所示，使用传输线理论将T-TBM的多层输入阻抗转换为单层吸收体输入阻抗。使用等式1计算nZeff和naeff（1）和（2）[37，38]以及等效单层输入阻抗的T-TBM（Z_eff）使用等式（1）计算（3）和（4），其中n表示第n层。如图所示如图9（b）所示，T-TBM的每层的衰减常数随着EM频率的增加而显著增加。这一发现表明，T-TBM的每一层的吸收能力这种改进的主要原因是RGO内存在p键和碳-碳键缺陷，当吸收体以电阻损失和极化弛豫的形式接收EM波时，这些此外，由Fe3 O4和RGO之间的界面极化和Fe3 O4滞后共振引起的EM波吸收现象也是波损失的重要原因[39]。与衰减常数相比，T-TBM各层的输入阻抗随频率的增加而减小，这主要是由于由fre-e的增加引起的波阻抗的减小有效输入¼Z0nl参考1个= 2个nerefftanh j2pfn dc公司简介Reff·ereff1=2，ð1Þ频率。值得注意的是，随着层数的增加，T-TBM的输入阻抗逐渐减小，衰减常数逐渐增大，这有利于naeffp2002年pf. .nl00ne0nl0ne00电磁波进入隧道掘进机并被衰减和丢失。1个= 2个为了解释T-TBM的吸收原理，T-TBM的等效单层输入阻抗（Zeff）为H. n00n0的n0第00页. n0n00n00n0i1=2leff·e eff-l eff·e effþ leff·eeff-leff·eeffð2Þ确定，如图所示。 9（b）. 很明显，T-TBM位置-在低频段具有良好的阻抗匹配，但T-TBM见图8。T-TBM单元的电场（Mag E）、磁场（Mag H）和体积损失密度。、¼C效应（eff）X.- C. Xing，Y.曹，X.- Y. Tian等人工程20（2023）143149在在----SLs ·d5图9.第九条。（ a）T-TBM被分为三层：第一等效层（n = 1）、第二等效层（n = 2）和第三等效层（n = 3）。（b）1 Zeff是T-TBM第一等效层的输入阻抗，2 Zeff是T-TBM第二等效层的输入阻抗，3 Zeff是T-TBM第三等效层的输入阻抗，在in其中，Zeff是T-TBM等效单层的输入阻抗，1 aeff是T-TBM第一等效层的衰减常数，2 aeff是T-TBM第二等效层的衰减常数，3aeff是T-TBM第三等效层的衰减常数。考虑到其较差的微波吸收性能。随着T-TBM在中频段衰减性能的提高，阻抗匹配变得尤为关键，因为它决定了进入T-TBM内部的EM波的数量基于实验结果，我们发现T-TBM具有较低的输入阻抗，17.6与其它频率相比，这些频率下的阻抗匹配最差，这与图中exp#T-TBM对应频率点的反射损耗值较高相对应。7.第一次会议。虽然在高频段阻抗匹配较差，但高衰减能力使T-TBM具有优越的吸收损耗性能。超材料结构的厚度方向上的优化程度可以通过与理论Rozanov极限[40]的比较来评估。Rozanov界的公式如下：T-TBM在不同环境温度下的反射损失如图11所示。与T-TBM在NAT下的宽带吸收特性不同，T-TBM在变温下的吸收响应表现出其可调谐特性。当PD-C处于45 °C的环境温度时，PCP#38处于液态，而PCP#48和PCP#58处于固态。在7.3 ~ 40.0GHz频率范围内，T-TBM的反射损耗小于10 dB，有效吸收带宽为32.7GHz。 的带宽30 dB是2.7 GHz（17.6-18.4 GHz，23.1-25.0 GHz）。当PD-C处于55 °C的环境温度时，PCP#38和PCP#48处于液态，而PCP#58处于固态。T-TBM的有效工作带宽（10 dB）为32.4 GHz（7.6-40.0 GHz），有效工作带宽（30 dB）为3.7 GHz（30.1-33.8 GHz）。当PD-C处于65 °C的环境温度时，PCP#38、PCP#48和PCP#58处于液态。T-TBM2Xnn效应，效应可以实现反射损耗的少比-10分贝当其中Q0是工作波长带[kmin，kmax]内的最大反射率，nleff和nd分别表示层n的等效静态渗透率和层n的厚度。计算结果表明，不等式右边的值（0.18）大于左边的值（0.098），说明在厚度方向上，理论上可以继续优化。但不可否认的是，厚度方向的尺寸减小使得电磁波对T-TBM其他两个方向的尺寸精度更加敏感，这对T-TBM的制造提出了挑战3.3.2. T-TBM在不同热状态下的调谐性能T-TBM在不同温度下的吸收响应与NAT下的吸收响应一样优异。此外，T-TBM在不同热条件下规律性变化的吸收响应性能使得可以主动调节T-TBM的吸收。首先，通过红外观测测量了T-TBM的热响应（附录A中的Movie S1）。如图10所示，当温度上升到PD-Cs的相应相变温度时，PD-Cs表现出温度保持性[41]，这主要是由于石蜡的相变，并为EM波吸收调节提供了时间窗口。见图10。在不同温度下对中部区域的T-TBM进行红外观测：（a）NAT，（b）45 °C，（c）55 °C，（d）65 °C。jlnq0j·kmax-kmin≤ 2pX.- C. Xing，Y.曹，X.- Y. Tian等人工程20（2023）143150----频率范围从8.2到40.0 GHz。30 dB的带宽为5.8 GHz（27.6随着PD-Cs固液状态的变化隧道掘进机电磁响应的变化与其损耗性能密切相关。更具体地，随着T-TBM温度的升高，吸收峰值逐渐向高值移动，并且吸收带宽（30 dB）变宽并且也向高频方向移动。在低频段（6-这主要是因为PD-C在固态下在低频下具有优异的电损耗性能。温度升高导致PD-Cs中导电网络的破坏，导致T-TBM的微波吸收性能下降。这也表明，在该频带中，超材料的电阻损失是占主导地位的。在高频段（15-40 GHz），超材料的反射损耗随频率的增加小于15 dB，表明PD-Cs的弛豫损耗和界面损耗成为主要损耗源。见图11。T-TBM在不同温度下的反射损失。为了解释T-TBM的热控制机理，我们分析了PD-Cs的微观结构。 首先，通过低温TEM分析PD-Cs的薄片。 如图12所示，RGO@Fe3 O4纳米复合材料均匀地分布在PD-Cs中并形成复杂的导电网络。 导电网络的形成不仅导致由于弛豫极化和多层散射，减少了电磁波的损耗，而且由于电阻加热，也减少了吸收。然而，随着PD-Cs的逐渐熔化，由RGO@Fe3 O4纳米复合材料构建的导电网络被破坏，导致PD-Cs的EM特性发生变化，如图13所示。更具体地说，PD-Cs介电常数的实部和虚部石蜡聚合物的分子链在固态时处于收缩状态，有利于RGO@Fe3 O4纳米复合材料在石蜡中的致密分散，从而促进导电网络和三明治结构的形成。这种饱和导致固态PD-Cs的介电常数的高实部和虚部。 但随着分子链的膨胀和液体石蜡分子间距离的增加，RGO@Fe3O4纳米复合材料在石蜡中的分布由致密变为疏松.RGO@Fe3O4纳米复合材料所构建的导电网络的破坏表现为PD-Cs的复介电常数的降低。这导致T-TBM损耗性能的劣化。微观结构的这些变化使得能够调节EM吸收特性。见图12。PD-Cs的Cryo-TEM图像，其中PD-Cs片的厚度为500 nm。图13岁 不同相态下T-TBM单元中PD-Cs的微观结构。（a）固态PD-C;（b）液态PD-CX.- C. Xing，Y.曹，X.- Y. Tian等人工程20（2023）143151----4. 结论总之，提出了一种可以通过控制不同超材料单元的固液相态来调节T-TBM的电磁响应的T-TBM装置。与先前报道的主动控制超材料不同，T-TBM的吸收响应由不同固液状态下PD-Cs的EM特性的差异来调节。在NAT条件下，T-TBM结构的有效吸收带宽（10 dB）为34 GHz（6-通过对电场、磁场和功率损耗密度模拟结果的分析，论证了T-TBM的微波吸收机理，并对PD-Cs的微结构的微波吸收机理进行了讨论。利用不同固液状态下PD-Cs电磁参数的差异实验结果表明，随着石蜡基复合材料相态的改变，反射损耗的吸收峰和吸收带宽（30 dB）向高频方向移动，吸收带宽（30 dB）变宽。与传统的主动控制Meta材料相比，T-TBM不仅具有更宽的吸收带，而且提供了更方便的吸收调节方式。通过改变T-TBM的结构可以任意调节其吸收带。拟议工作可以进一步推动智能元材料的发展，ALS和热控吸收器。致谢本研究得到了国家自然科学基金（52003203和52075422）、陕西省快速制造工程技术研究中心（2017 HBGC-06）、陕西省高校青年创新团队和K.C.黄氏教育基金会。遵守道德操守准则Xiao-Chang Xing、Yang Cao、Xiao-Yong Tian和Lingling Wu声明他们没有利益冲突或财务冲突需要披露。附录A.补充数据本文的补充数据可在https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.04.028上找到。引用[1] Pendry JB， Schurig D ，Smith DR.控制电磁场。Science2006;312 （ 5781）：1780-2.[2] Zheludev NI，Kivshar YS.从超材料到超器件。Nat Mater2012;11（11）：917-24.[3] Edwards B，Alfred A，Silveirinha MG，Engheta N.用超材料进行微波频率等离子体隐身的实验验证。物理学评论快报2009;103（15）：153901。[4] 崔TJ。微波超材料 Natl Sci Rev 2018;5（2）：134-6.[5] Díaz-Rubio A，Asadchy VS，Elsakka A，Tretyakov SA.从广义反射定律到理想反常反射体的实现。Sci Adv 2017;3（8）：e1602714。[6] LiuL，Zhang X，Kenney M，Su X，Xu N，Ouyang C，et al. 具有相位和振幅同时控制的宽带超颖表面。Adv Mater 2014;26（29）：5031-6.[7] Grady NK，Heyes JE，Chowdhury DR，Zeng Y，Reiten MT，Azad AK，等. 用于线偏振转换和反常折射的太赫兹超材料。Science2013;340（6138）：1304-7.[8] Pfeiffer C，Grbic A.超材料惠更斯表面：用无反射片剪裁波前。物理学评论快报2013;110（19）：197401。[9] 张翔，田志，岳伟，顾建，张松，韩建，等。基于C形复合材料的相位不连续性宽带太赫兹波偏转。Adv Mater2013;25（33）：4567-72.[10] HuangL，Chen X，Mühlenbernd H，Li G，Bai B，Tan Q，et al. 用于控制光传播的无色散相位不连续性。Nano Lett2012;12（11）：5750-5.[11] [10]杨文，李文.平面超颖表面回射器。Nat Photonics2017;11（7）：415-20.[12] Lin Z，Xu Z，Liu P，Liang Z，Lin YS.基于非对称F形超材料的偏振敏感太赫兹谐振器。Opt Laser Technol2020;121：105826.[13] Yao D，Yan K，Liu X，Liao S，Yu Y，Lin YS.非对称双开口环谐振器可调谐太赫兹超材料。OSA Contin 2018;1（2）：349-57。[14] 尹明，田晓艳，韩宏霞，李东成. 基于梯度折射率光子晶体的超材料自由空间地毯式隐身。应用物理学报2012;100（12）：124101.[15] 韩红，吴丽，田晓，李丹，尹明，王永。基于复合液体介质的宽带梯度折射率平面透镜。J Appl Phys 2012;112（11）：114913.[16] 吕华，田晓，王明英，李丹.利用点缺陷态声子晶体的振动能量收集。应用物理学报2013;102（3）：034103.[17] 冯明，田晓，王军，尹明，曲松，李东. 基于金属背衬梯度折射率液体板的宽带异常反射：超颖表面的替代方法。JPhys D Appl Phys 2015;48（24）：245501.[18] 郭S，胡春，张宏.具有Octonacci序列级联结构的石墨烯嵌入光子晶体中的单向超宽带和广角吸收。J Opt Soc Am B 2020;37（9）：2678-87。[19] 张海辉，张宏，姚英，杨军，刘继新.一种基于三角环形谐振器的带增强等离子体超材料吸收体。IEEEPhotonics J 2018;10（4）：1-10.[20] [10]杨伟，李伟，李伟.基于梯度折射率超材料的雷达吸波结构设计与表征。Compos PartB 2018;132：178-87.[21] 陶志，万X，潘BC，崔天健。使用主动超颖表面的反射、透射和偏振状态的可重构转换。应用物理学通讯2017;110（12）：121901。[22] Liberal I ， Li Y ， Engheta N. 经 由 光 子 掺 杂 的 可 重 构 ε- 近 零 超 颖 表 面 。Nanophotonics2018;7（6）：1117-27.[23] YaoY，Shankar R，Kats MA，Song Y，Kong J，Loncar M，et al. 电可调超颖表面完美吸收体用于中红外光调制器。Nano Lett 2014;14（11）：6526-32.[24] 胡恩，张杰，查松，刘成，刘宏，刘平。基于半导体开关的多层宽带可开关吸收体的设计。IEEE CNAS WirelPropag Lett 2019;18（2）：373-7.[25] 吴志，陈翔，张志，恒玲，王S，邹勇.一种柔性水基吸波超材料的设计与优化。应用物理快报2019;12（5）：057003。[26] Jeong H，Lim S.使用可切换接地面的宽频频率可重构超材料吸收体。 Sci Rep2018;8（1）：9226。[27] 邢 X， 田 X ， 贾 X ， 李 D. 由磁 场 驱 动 的 可重 构 液 态 电 磁 超 材 料 。 Appl PhysExpress2021;14（4）：041002.[28] 刘X，帕迪拉WJ.利用MEMS超材料对红外辐射的动态控制。Adv Opt Mater2013;1（8）：559-62.[29] Liu M，Susli M，Silva D，Putrino G，Kala H，Fan S，等。基于MEMS驱动超材料的超薄可调谐太赫兹吸收器。Microsyst Nanoeng2017;3：17033.[30] 杨晓，王晓.通过用相变VO 2层调谐磁极化激元的热可切换光谱选择性红外超材料吸收器/发射器。今天的材料能源2019;13：214-20。[31] Ding F，Zhong S，Bozhevolnyi SI.在太赫兹频率下具有可切换功能的二氧化钒集成超颖表面。Adv Opt Mater2018;6（9）：1701204.[32] Komar A，Paniagua-Domínguez R，Miroshnichenko A，Yu YF，Kivshar YS，Kuznetsov AI，et al. 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