螺旋环超材料太赫兹吸波器的响应原理及特性

提出一种表层电磁谐振器呈螺旋环的超材料太赫兹吸波器.与常规的超材料吸波器不同,在材料的种类及厚度都不变的情况下,仅通过改变表面螺旋环的环数或环的起始和终止位置,就能有效地调节螺旋环超材料的太赫兹响应性能.研究发现,该超材料的响应频率的仿真值与驻波理论计算值基本吻合,说明螺旋环超材料的响应机理可以通过驻波理论解释、其响应频率具有可预计性.为了探究螺旋环超材料的响应机理,还比较研究了闭合圆环及开口圆环超材料吸波器的性能.结果表明,螺旋环、闭合圆环、开口圆环三种超材料吸波器具有部分类似的太赫兹响应性能.但是,与另外两种超材料不同,螺旋环超材料的表层电磁谐振器是半径连续变化的螺旋环、具有更强的耦合作用以及更加简便和灵活的性能调节方式.研究成果对超材料的理论及设计研究有新的启示.     

再生纤维素太赫兹光谱的实验与理论研究

采用低温溶解法制备了再生纤维素膜, 运用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪和X射线衍射仪对所制薄膜进行形貌和晶型表征。在此基础上, 结合太赫兹时域光谱和傅里叶变换红外光谱技术, 测量了再生纤维素膜的太赫兹光谱。据此, 详细指认了再生纤维素在太赫兹波段的特征峰, 指出再生纤维素的太赫兹透过率随波数的减少而增大的现象是由其无定形部分所导致。通过比较再生纤维素和脱脂棉在100～700 cm-1的光谱特性, 发现两者具有相似的峰形,但再生纤维素在此波段的特征峰相对于脱脂棉特征峰发生了不同程度的蓝移。据此, 提出了鉴别纤维素Ⅱ和纤维素Ⅰ_β同质异晶体的一种新方法。重要的是, 还采用CASTEP对纤维素Ⅱ晶体进行结构优化及光谱的理论研究, 并对再生纤维素的太赫兹特征峰进行了系统的归属。理论计算结果表明,再生纤维素在42和54 cm-1处的太赫兹特征峰分别是由平移振动和转动的晶格振动模式引起, 而位于68～238 cm-1间的太赫兹特征峰则与—CH₂OH基团的扭绞振动以及C—H及O—H的变形振动相关。此外, 351～583 cm-1范围内的吸收峰与C—O—C及吡喃环的骨架振动相关, 而611和670 cm-1两处的吸收峰则主要源于O—H的面外弯曲振动。结果不仅揭示了再生纤维素的物质结构与太赫兹光谱间的联系, 也为理论上研究部分结晶的聚合物及生物有机大分子等的太赫兹响应的物理原理提供了参考。