亚波长电磁波隧穿

文章介绍一种具有亚波长隧穿特性的电磁波人工复合材料.这种材料由具有不同特性的层状材料组成一“三明治”多层复合体：即ABA板.其中夹心板B为一完全阻挡电磁波的金属网 (具有负介电常数-ε的金属亚波长网格),而两夹板A可以由具有周期排列的正介电常数(+ε)或负磁导率(-μ）的单元体构成.当电磁波入射此“三明治”体时,特定频率的电磁波会透过而产生透带.这种具有亚波长隧穿的现象实际上是由夹板上单元体的局域谐振诱导各层间电磁场增强引起的.     

Polar molecule dominated electrorheological effect

The yield stress of our newly developed electrorheological (ER) fluids consisting of dielectric nano-particles suspended in silicone oil reaches hundreds of kPa, which is orders of magnitude higher than that of conventional ones. We found that the polar molecules adsorbed on the particles play a decisive role in such new ER fluids. To explain this polar molecule dominated ER (PM-ER) effect a model is proposed based on the interaction of polar molecule-charge between the particles, where the local electric field is significantly enhanced and results in the polar molecules aligning in the direction of the electric field. The model can well explain the giant ER effect and a near-linear dependence of the yield stress on the electric field. The main effective factors for achieving high-performance PM-ER fluids are discussed. The PM-ER fluids with the yield stress higher than one MPa can be expected.     

暗声学超材料研究

由于普通材料的固有耗散在低频区域的微弱性,长久以来,低频声波的衰减一直都是一个颇具挑战性的任务.为了能够在100—1000Hz范围内完全吸收某些频率的低频声波,文章作者设计了一种薄膜型的暗声学超材料样品:它是由在弹性薄膜上镶嵌有一些非对称性的硬质金属片而制成.实验表明,该样品在低频区域几乎能够百分之百地吸收声波,而在共振吸收频率处,空气中的声波波长要比薄膜的厚度大3个数量级以上.当共振发生时,硬质金属片的"拍动"导致很大的弹性曲率能量聚集在金属片的边界附近.由于薄膜的拍动模式与声波的辐射模式仅存在微弱的耦合作用,而弹性薄膜的整体能量密度又比入射声波的能量密度大2—3个数量级,该样品本质上是一个开放的共振腔,这也是它能够高效地吸收低频声波的原因所在.     

局域共振的光子、声子功能材料

介绍一种利用局域共振的原理制造人工光、声子结构材料的方法，此种方法不同于通常建立在布拉格散射基础上的光、声子晶体能带材料，但又表现出与之相同的物理特征，局域共振光、声子模型的优点是样品制作相对简单；不依赖于结构的周期性；可制备出亚波长的能隙结构，为微波及长波声波能带结构的制造提供了一种十分简便而有效的方法。     

Electrical field-driven ripening profiles of colloidal suspensions

Electrorheological(ER) fluid is a type of smart fluid whose shear yield stress relies on the external electrical field strength. The transition of ER fluid microstructure driven by the electrical field is the reason why viscosity changes.Experimentally, the transparent electrodes are used to investigate the column size distribution where an external electric field is applied to a colloidal suspension, i.e., ER fluid is increased. The coarsening profile of ER suspensions is strongly related to electrical field strength, but it is insensitive to particle size. In addition, in a low field range the shear stress corresponding to the mean column diameter is studied and they are found to satisfy a power law. However, this dependence is invalid when the field strength surpasses a threshold value.     

巨电流变效应及其机理

文章介绍了一种全新的电流变材料，即一种具有巨电流变(giant electro-rheological，简称GER)效应的纳米颗粒电流变液．之所以称之为“巨”，是因为此类材料的电流变效应远远突破了通常理论所预测到的“上限”，其剪切强度超过100kPa．同时文章作者还发现，此类电流变效应与外加电场呈线性变化关系，而非通常的二次方关系．用所提出的“表面极化饱和”模型圆满地解释了GER效应的实验结果．     

动态质量密度和声学超常介质

复合介质的质量密度通常认为是组成它的各种成分的质量密度的体平均值.体平均质量密度常常被用于计算在长波长极限下的声波速度,在此极限下波长比复合介质中的特征尺度要大得多.作者通过严格的数学推导证明,计算（长波长极限下的）波速时所用到的动态质量密度与静态的体平均质量密度有显著的不同.这一发现与最近的实验结果符合得非常好,并且使得声学超常介质的实现成为可能.这两种质量密度之所以不同的物理根源就在于,在波场中复合介质中的各个成分之间有相对的运动.也就是说,隐含的假定——在长波长极限下复合介质中的各个成分必定会全体同相地运动——将不再正确,尤其是当各个成分的声学阻抗之间有较大的差异时.实验和理论显示,对于局域共振声学材料而言,动态质量密度甚至还会变成是负的.文章探讨了这一发现的物理意义,以及它在声学超常介质领域的应用.     

动态质量密度和声学超常介质

复合介质的质量密度通常认为是组成它的各种成分的质量密度的体平均值.体平均质量密度常常被用于计算在长波长极限下的声波速度,在此极限下波长比复合介质中的特征尺度要大得多.作者通过严格的数学推导证明,计算(长波长极限下的)波速时所用到的动态质量密度与静态的体平均质量密度有显著的不同.这一发现与最近的实验结果符合得非常好,并且使得声学超常介质的实现成为可能.这两种质量密度之所以不同的物理根源就在于,在波场中复合介质中的各个成分之间有相对的运动.也就是说,隐含的假定——在长波长极限下复合介质中的各个成分必定会全体同相地运动——将不再正确,尤其是当各个成分的声学阻抗之间有较大的差异时.实验和理论显示,对于局域共振声学材料而言,动态质量密度甚至还会变成是负的.文章探讨了这一发现的物理意义,以及它在声学超常介质领域的应用.     

微流芯片

介绍了基于电流变液控制的微流芯片的工作原理和制作过程.由于电流变液的粘度随外加电场的增加而增大, 且这种改变是可逆的, 响应时间也极快 (毫秒量级).利用此特性,作者设计制成了电流变液数值型微流阀.基于此类微流阀,作者制成了一系列微流器件,例如：微流混合装置、微减震器以及微流泵.