基于分形几何思路的超材料结构设计:综述

超材料因具有超越自然材料的物理性质而备受研究者的关注.超材料的性能由结构单元的结构设计和材料体系固有属性所决定.因此,筛选合适的材料体系和优化结构单元的设计是其性能提升的两大重要策略.随着材料体系方面研究的逐渐完善,对结构单元设计的优化是有效提升超材料性能的关键.传统超材料受到频段窄、结构单一及由此导致的性能欠缺等局限,因此,需要发展更有效的新的超结构设计思路和策略.分形几何结构因具有自相似性、跨尺度对称性、非整数维度特性等独特的几何性质而成为一种重要的超结构设计准则.近年来,以分形结构为中心的设计理念逐渐形成,并应用于超材料的设计之中.分形几何结构已被广泛应用于电磁学超材料、声学超材料、力学超材料等诸多领域,其带来的优势也日益彰显.分形结构的引入实现了多频、宽带、小型化、集成化等目标,显著提升了超材料多方面的性能,在超材料设计及应用中显示出巨大的潜力.本文归纳了分形结构在超材料结构单元设计中的应用现状,首先介绍了分形几何的概念,举例分析了分形超材料在不同应用领域中的优势及贡献,总结了分形超材料常用的合成方法,最后对分形超材料面临的主要挑战及未来发展方向进行了展望.