复合辐射制冷功能的电磁隐身超材料

序号:249 赛区:京津冀赛区 得票数:4


目前,各个领域的快速发展创造出了不同以往的应用环境,对材料的性能提出了更高的要求。其中,运输工具内部环境被动制冷、多种检测设备同时隐身、隐身高速飞行物的降温等实际问题对具有微波隐身和辐射制冷双功能的材料提出了需求。然而,传统材料在面对这一挑战时显得颇为乏力,它难以很好地分别实现微波隐身和辐射制冷,更难以统一实现两个目标。人工复合材料——超材料,它的诞生为解决这个问题提供了新的思路。超材料具有结构简单、轻薄、吸收效率高、吸收带宽宽、可调性强等优点。同时,超材料在微波隐身和辐射制冷两个领域的工作证明了它在解决这两个问题上的可行性。因此,我们基于超材料的思想,分别设计了在X波段中心频率10GHz处具有接近单位吸收率的复合材料吸波体和红外辐射制冷超材料。前者由周期性排列的BST-15wt.%MgO介质颗粒与Al金属背板组成,最终达到吸收率>70%的带宽为0.11GHz,且在9.98GHz处吸收率高达99.6%的效果,并且通过将不同尺寸的介质颗粒混合排列,有效地将吸收率>70%的带宽扩大一倍;后者由Al/Ge层状交叠排列得到的圆台与Al金属背板组成,在 LWIR波段中,达到近1的宽带吸收率即辐出度;在非大气窗口中,发射率较低,当环境温度为293K时,辐射制冷表面在日间的空气自然对流换热情况下,能达到78.12W m-2的辐射制冷效率,稳定温度较环境温度能降低11K。而后,基于前述设计,我们将两种结构结合在一起,并论证了工艺上的可行性与结合对双方功能带来的影响,得到的结论是复合对双方功能的实现影响不大,且在工艺上可行。项目最终实现了通过复合材料和复合结构,将微波隐身和辐射制冷双功能结合在一起的目标。研究结果可能用于解决运输工具内部环境被动制冷、多种检测设备同时隐身、隐身高速飞行物的降温等实际问题。