负介材料：超材料的分支-中国材料进展

文章信息/Info

作者:: 范润华; （1. 上海海事大学海洋科学与工程学院材料系，上海 201306）
（2. 山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室，山东济南 250061）

Author(s):: FAN Runhua; (1. College of Ocean Science and Engineering, Shanghai Maritime University, Shanghai 201306, China)
(2. Key Laboratory for LiquidSolid Structural Evolution and Processing of Materials (Ministry of Education),
Shandong University, Jinan 250061, China)

Keywords:: metamaterials; permittivity; microwave absorption; capacitor; dielectrics

摘要:: 介电常数是材料的基本物性参数之一,其值一直被认为正。受超材料的负物性参数启发，作者研究组提出导体/绝缘体随机复合探索常规材料的“超常”性质，建立了负介材料的原理框架和构筑策略，形成了有别于其它超材料的一个特色分支。对于导体/绝缘体复合材料，导电相含量超过但仍然接近逾渗阈值情况下，绝缘基体中连通的导电相成为电感(L)功能体，射频等离振荡这一自由电子集体行为导致负介电；孤立的导电相则作为电容(C)功能体，并通过LC谐振影响负介电行为。逾渗复合材料为负介性能调控提供了丰富的手段，导电相可以是金属、碳材料等不同类别，可以是颗粒、纤维、片层等不同形貌；绝缘体可以是树脂，也可以是陶瓷。相对于主要建立在阵列结构基础上的超材料，负介材料是一个补充，丰富了超材料的内涵。负介材料为电容器和电感器、微波吸收和衰减、天线等领域的选材用材提供了新的思路。

Abstract:: Dielectric permittivity, a fundamental parameter of materials, is generally considered to be positive for conventional materials. Inspired by the negative parameters in metamaterials, Fan and his coworkers focus on the negative permittivity of percolative composites consisting of conductive filler dispersed in the insulative matrix and pioneer the experimental and theoretical study on epsilonnegative materials. When the content of conductive fillers is above but still near the percolation threshold in the conductorinsulator composites, the negative permittivity will be achieved by the lowfrequency plasmonic state in the conductive percolative network with inductive character, while the frequency dispersion of negative permittivity can be effectively adjusted by the LC resonance due to the capacitive character of isolated conductive fillers. Percolative composites provide a more flexible method for the design and regulation of epsilonnegative property because the conductive fillers have many choices in phases, metal or carbon, and in the morphology of sheet, fiber or particle. Moreover, polymer or ceramics can both serve as matrix. The epsilonnegative materials have potential applications in electromagnetic attenuation, capacitor, microwave antenna, and wireless power transmission.

备注/Memo:: 范润华：男，1970年生，上海海事大学海洋科学与工程学院材料系教授、博士生导师，山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室博士生导师。1991、1994和1998年在山东大学分别获得学士、硕士和博士学位。多年从事负介材料、电力电子材料、微波吸收和衰减材料研究。兼任中国材料研究学会理事、中国复合材料学会理事、中国海洋工程咨询协会理事；作为共同发起人成立了中国材料研究学会超材料分会，并担任副理事长兼秘书长。负介材料系列研究结果，在Adv Mater、Adv Funct Mater、Research、ApplPhysLett、Carbon、JMaterChem.等刊物发表论文63篇，其中ESI高被引论文8篇，2017年9月发表在Polymer期刊上的论文至今被引用190多次。作为第一完成人获得山东省自然科学二等奖和中国材料研究学会科学技术奖各1项。