第一篇：論文翻譯——柔性超表面、超材料

柔性超表面和超材料：微、納材料及其制備工藝

Flexible metasurfaces and metamaterials: A review of materials and fabrication processes at micro-and nano-scales Sumeet Walia,Charan M.Shah, Philipp Gutruf, Hussein Nili, Dibakar Roy Chowdhury, Withawat Withayachumnankul,Madhu Bhaskaran, and Sharath Sriram

三碗

譯

摘要：使用柔性基板的超材料具備可彎曲、拉伸、旋轉的特性，這為電磁波的控制提供了新的方向，并且為新功能和設計的研發(fā)提供了依據(jù)。本文綜述了基于柔性可塑基板的THz、可見光頻段的超材料及其加工技術，并且提及了設備的調諧方法。在論述加工工藝及處理技術之后，文章中給讀者總結出了適合柔性超材料基板的電磁和機械特性，并提到了用于實現(xiàn)超材料可調諧性的新方法。把超材料變成可實際應用的設備已是大勢所趨。

引言：超材料是一種亞波長工程結構的電磁材料，通過特殊設計，它可以展示出入射電磁波電磁的耦合。這讓超材料具備了一些特性，比如異常反射及折射、完美吸波和亞波長聚焦等。但是，由于缺少穩(wěn)定可靠的調諧技術，超材料廣泛應用的腳步被長期的制約著。可協(xié)調性可以通過操作控制材料和入射波的交互作用來得到，以此來達到所需的波的傳播、反射及吸收。盡管超材料設計的幾何可測性給了超材料過去幾十年的輝煌，如果所使用的材料是柔性的，對于t Hz方面的應用，如隱身、傳感、超透鏡（一種擁有在衍射極限下分辨率的透鏡）、芯片上光子及光電子器件、完美吸波器和能量收集可以得到很好的改善。柔性器件依賴于較低的表面能量復合材料而實現(xiàn)，如聚二甲基硅氧烷橡膠，它可以粘附在一些等角的表面以便組合到彎曲的表面、表皮或者包裝材料上面，而不僅僅是用在堅硬平整的面上。超材料的柔性表現(xiàn)可以使它來做有輕量透明要求的物體的包裝。同樣的，超材料的應用打開了一個新的篇章，如遙感技術、可調光學頻率諧振器等。柔性也可以用來獲得可調的超材料，這與材料基片特性緊密相關。另外，功能超材料與合適基片的結合，有望把t Hz階超材料從二維設計帶到三維結構上去。擁有柔性、可塑形基片的超材料也可以用在不平整的表面上。

如何有效拓展超材料這一優(yōu)勢，基片介電常數(shù)是關鍵。同時，超材料的這種結構可以調諧及加強波的傳輸或反射響應。同樣地，將傳統(tǒng)的微納技術應用在這種柔性可塑形基片上也展現(xiàn)出很大的突破：造出了可以輕松放進人體的傳感器、覆蓋不平整表面的隱身層、負指數(shù)材料、生物分子傳感器、等離子設備和吸波器。

關于這個主題的近期綜述突出了超材料重要意義的發(fā)展?jié)摿秃铣杉夹g的發(fā)展態(tài)勢。劉等研究人員所發(fā)表的一篇關于亞波長超材料綜述了亞波長可調諧超材料，它的可調諧性由機械形變和晶格位移而產生。同時，另外的文章也綜述了基于近場耦合和非線性原理的應用的可調諧性。另外還有很好的文章包含了別的方面，如：設計、激勵、超材料的機械形變以及可調諧能力的存在。然而，據(jù)我們所知，并沒有一篇全面綜述了柔性超材料基片特性、加工及調諧科技的文章。

本文論述了使用柔性可塑形基片來調諧超材料的諧振頻率，批判地比較了各種應用了柔性基片和復合材料材料的電磁及機械特性，評估了包含近期3D方法在內的柔性超材料的精確制造技術。最后，展望未來，引出基于彈性材料的應用：調諧的可逆性。

超材料中的柔性基片

柔性基片給探索由機械形變引起的超材料特性提供了理想的平臺。柔性材料在超材料中的應用所展示出的新功能引起了世界范圍的關注。這種彈性基片之所以引起人們特別的興趣在于它的可以通過機械形變而得到很大范圍的頻率調諧的特性，因此可以摒棄傳統(tǒng)上為達到同樣目的所需的外部激勵和偏壓。用在彈性基片上的共鳴器結構展示出對結構因子很高的敏感度，它可以對很小的尺寸改變而很容易做出響應。這種機械調諧超材料已被證實應用在了無線傳感裝置、生物分子傳感裝置及吸波器上。

在超材料中普遍應用的彈性基片是聚二甲基硅氧烷橡膠和聚酰亞胺，主要是因為它們在柔性電子方面的廣泛應用。還有一些其他的柔性基片如Metaflex（使物體在較長波長中隱身）、聚乙烯萘、聚對苯二甲酸乙二醇脂、聚甲基丙烯酸甲脂和聚苯乙烯。

電磁特性

盡管超材料的電磁特性繼承于亞波長諧振器的設計，但這也不排除超材料的成分對其的影響。為了優(yōu)化超材料的電磁特性，基片的選取以以下要素為基準：1，低介電常數(shù)，用來維持諧振強度，形成寬帶超材料；2，低吸收（吸收系數(shù)），使透過或沿著基片傳播的波強度最大化。選用低的折射率可以減小基片上的反射損失。折射率n和介電常數(shù)ε有著密切的聯(lián)系：n??。一些常用復合材料基片的重要電磁特性展示在表1里面。

工藝和機械特性

復合材料可以提供廣泛的可選特性來制備合適的、大面積的、低價的柔性超材料。各種各樣的復合物基片被研究用來滿足各種微波頻率的彈性超材料的設計。通過旋轉涂層、熱處理、微加工技術等方法，這些彈性復合材料可以很輕易的加工出來，從而用于超材料基片的選擇。微納加工技術如光刻（接觸式、可見光、軟光刻和掩模光刻）、激光刻印、制模、鑄造和轉印都被證實已經(jīng)用在基于復合材料的超材料中了，關于這一方面我們將在后面做更詳細的討論。

基片的機械特性（其楊氏模量為基準）對于確定它們在可機械調諧超材料的發(fā)展中的活性十分的關鍵。具有較低楊氏模量的基片可以承受更大的機械形變，具有很好的可逆性及可重復性，因此可以承擔更基礎的調制及更高要求的諧振模式。然而，制造工藝對于柔性基板的選擇有著特殊的要求。這些要求中包含了高溫沉積和退火的需求以及需要滿足在高度平坦表面來進行光刻或者類似的刻圖技術。表1中列出了一些對于超材料常用的復合材料基板的機械特性?；趯嵺`應用和工作頻率的機制，具有低吸收系數(shù)和期望的機械特性的柔性基板將會擔當重任。

超材料制造工藝中的復合材料

在多種復合材料被利用的同時，有三種復合材料由于它們本身的特性而特別的受研究者的歡迎。這一部分我們將討論這幾種材料的主要特性及其限制。

聚二甲基硅氧烷

聚二甲基硅氧烷是一種彈性聚合物，有其獨特的屬性如低能表面、生物相容性以及良好的韌性和彈性。通常它的工作溫度在-50到200攝氏度。作為一種柔軟的柔性復合材料，聚二甲基硅氧烷可以很容易的與非平整表面結合，并且具有很高的一致性。它對傳統(tǒng)的和像軟光刻和壓印這樣的先進的微納加工技術的兼容性更加的突出了它的優(yōu)勢。聚二甲基硅氧烷的-4-1比較低的楊氏模量（7.5*10GPa）和低的吸收率（13cm//1 THz）的特性讓它成為了一種很適合柔性、可調諧超材料的基片。

它的高彈性的特性（最多達120%可逆的拉伸）使其成為實現(xiàn)超材料機械調諧的可行的一種基片。它獨有的特性和比較寬波段的透明性讓它可以滿足超材料對寬帶寬的應用。它的低能表面這一特性已經(jīng)被用在有效的傳輸透明氧化物如氧化銦錫和氧化鋅，它們展現(xiàn)出在很好的穩(wěn)定性并且在氧化型可調諧超材料器件方面具有很好的潛質。在聚二甲基硅氧烷上壓印結構材料的可能性為多層、3D超材料設計開辟了巨大機會，這一應用可以用來設計更加復雜的諧振裝置。

-4o聚二甲基硅氧烷具有很高的熱膨脹系數(shù)（TEC）3.1*10/C，這可以通過沉積金屬薄膜 而確定諧振器或者波導是彎曲還是表面微皺。這種問題可以通過在沉積過程中精確控制樣品溫度或者對封裝加同等的壓力來改善。最近的一篇文章預測，這種自有序模式而在聚二甲基硅氧烷上形成的曲面金屬膜將會在光學和應變分析設備中實現(xiàn)應用。

除去聚二甲基硅氧烷的一些可取的特性，它同樣也遭受著對溫度高靈敏特性（由于太大的TCE）的侵害，或許微小的溫度變化就會引起超材料幾何形狀的改變。另外，當鋪光刻膠時，聚二甲基硅氧烷的疏水特性會導致光條紋的出現(xiàn)，這就需要額外的處理（如等離子表面激活）來完成微工藝制備，特別是對于多層結構。

聚酰亞胺聚酰亞胺（得名于其商業(yè)特性聚酰亞胺薄膜）是一種在電子設備方面應用很普遍的柔性基板，比如柔性太陽能電池、內部連線和超材料。它們可以使超材料具備柔性、獨立性的特點，工作在THz頻率區(qū)間，具有很高的負折射率，且在雙波段處實現(xiàn)近完美吸收。

聚酰亞胺的楊氏模量為2.5GPa（見表1），符合微加工技術的標準，它在制作柔性超材料方面的潛質源于其對金屬表面很強的附著性，這種附著性也為其提供了很高的應變位移

oo度。通常聚酰亞胺的使用溫度在-269C到400C，有很高的玻璃轉化溫度（見表1），這也讓它可以接受金屬在高溫下的物理沉積技術，包括濺射技術、電子束蒸發(fā)沉積和脈沖沉積技術。另外，它本身具有較低的導熱率，由此，即使是在很高的溫度下，它也能和金屬或氧化物具有很高的一致性。它對光刻膠有著強的粘附性，且在刻蝕金屬薄膜時候可以抗酸的腐蝕，這種特性讓它可以用于傳統(tǒng)微加工技術制造THz超材料來提高圖案刻印分辨率。然而，基于楊氏模量，它的彈性系數(shù)比較低（小于4%），這也限制了THz超材料的可調諧性，通過機

o械變形也可以略作改善。只有在高溫（~400C）下聚酰亞胺才能與聚合物基體交聯(lián)，這就給某些材料帶來了復雜的因素。

聚對苯二甲酸乙二醇脂（PET）聚對苯二甲酸乙二醇脂是另一種已經(jīng)被開發(fā)的柔性基板，它被用來做RFID的膜、LCD的顯示器表層和電容式觸摸傳感器陣列。

o聚對苯二甲酸乙二醇脂具有較高的介電常數(shù)（2.86）、較寬的使用溫度范圍（-80C到o o180C）、較高的玻璃轉化溫度（78C）低的熱膨脹系數(shù)、對光刻膠和金屬有強的附著力，這些特性讓它成為了制造柔性超材料的很好的選擇（見表1）。PET薄膜在可見光范圍是平面透明的，在THz范圍它的電磁特性和PDMS及聚酰亞胺很相似。上述特性可見PET具有PDMS和聚酰亞胺的共同屬性，但是并沒有它們所具有的局限性。然而，PET的成本很高且易受到剪切熱的影響。

總的來說，PET已經(jīng)研究用來制造可以在近紅外頻譜使用的柔性結構，并且它是通過機械形變來調節(jié)的。

制造工藝

超材料的加工技術已經(jīng)達到了很高的水準，可以在非常規(guī)基板上做微納尺度的加工。高分辨率納米加工方法的出現(xiàn)比如納米光刻技術已經(jīng)可以一次性使納米圖案刻在一個大范圍的柔性基板上面，并且這促成了非常規(guī)超材料及光子系統(tǒng)的出現(xiàn)。隨著對柔性材料上金屬、電解質等硬質材料的深入理解，以及科技的進步，在多科學領域的交叉中實現(xiàn)了納米尺寸在柔性延展設備上的使用。這種多學科技術在快速的綜合發(fā)展，使那種可以實現(xiàn)寬的頻譜可調諧的柔性超材料得以制造出來。這些技術使得電磁設備得到新的發(fā)展，也引發(fā)了感測領域中科學技術的更新。在圖1中展示的就是一個典型的例子，它就是使用微細加工原理所制造的在THz頻率工作的超材料。

介電常數(shù) ε(0.2– 2.5)THz 2.35 材料 損耗因子tanɑ

吸收 系數(shù) ɑ

電阻 歐姆（Ω）

楊氏模量E（Gpa）

使用溫度 固化條件

玻璃化轉變溫度 Tg

綜合評價

參數(shù)

聚二甲基硅氧烷 聚酰亞胺 聚對苯二甲酸乙二醇酯 聚乙烯萘 苯(并)二氮 聚甲基丙烯酸甲酯 聚丙烯 聚對二甲苯 SU8 聚苯乙烯 0.020–0.06

2.9×1410

7.5×-410 2.5

-45～200

27℃，24h或70℃,1h 180℃,30min

-125 中等 53，94 3.24 2.86 0.031 12

1.7×1710

-269～400-80～180

350 好 95 0.053-0.072 4.0 80 優(yōu)異 96，97 2.56 2.65 2.22 0.003 0.001-0.009 0.042-0.070 3

5.2 2.9

250℃,1h 180℃,2min

優(yōu)異 96

＞350 優(yōu)異 98，99 5.5×10

43.1 105 優(yōu)異 99 2.25 3.00 2.89 2.53 0.008 0.120

1.0×1310 8.8×1610 5.1×1610 16

＞10

2.0

0～135 80

170 290

優(yōu)異 99-102 優(yōu)異 55-103 0.140 11

3.1

200 65

210 107

優(yōu)異 104-10

差 101，106，107 表1 常用柔性基體聚合物材料的電磁性能、電性能、機械性能

圖1 圖示為柔性微器件的工藝順序。a 彈性基板（PDMS）被旋涂覆到載體基板上。b 沉積金屬薄膜，例：帶有鉻附著的金層。c-e 利用光刻和刻蝕設計金屬層成目標結構比如共振器。f 光刻之后，將柔性基板與設計好的結構圖形從載體基片上剝離。

為了加強功能性及更好的制造參數(shù)控制，柔性基板將通過覆膜、擠壓或刮涂來與硅載體基板結合。其中硅僅僅是用來提供微細加工過程中的機械支撐。

在聚合物與載體硅結合的過程中，獲得平滑的膜很重要，不能有捕獲的氧/氣泡、條痕和邊緣珠，這些瑕疵將會干擾到微細加工進程或者是設備的性能。

將諧振器圖形轉印到柔性基板上以經(jīng)廣泛運用，轉印技術包括傳統(tǒng)光刻、掩膜印刷、電子束光刻、激光透鏡陣列光刻、電鍍和直接激光刻印。這部分我們論述盛行的工藝。

光刻工藝

微細加工技術是一種傳統(tǒng)的科技，可以用來制作工作在THz頻率上的超材料。這種技術可以制造出具有高分辨率的工作在THz頻率的亞波長結構并且操作簡單化，這也讓它很適合應用在THz超材料的單層或多層的加工上面。圖2 展示出用微細加工技術制作的柔性基板超材料。圖2a和2b展示了用微細加工技術以PDMS為基的多層網(wǎng)格超材料。共振器刻印在金屬（有附著層的200nm金薄膜）上，而這整體則沉積在旋涂覆固化的PDMS基板上。通常情況下，通過這種技術得到的微分辨的圖形結構會和單層基板PDMS結合的更緊湊，從而可以避免金屬的分層。

然而，由于親水性和疏水性的不同而引起的形變或許需要強等離子處理，以此來使基片在微細加工時候更加協(xié)調，某些柔性基板的疏水性很難滿足微細加工中的一些步驟比如旋涂光刻膠薄膜。然而，這種表面處理只是在持續(xù)時間短時有效并且旋涂光刻膠時依舊出現(xiàn)條痕。另外，微細加工技術只適合那種可以承受有機溶劑和腐蝕性溶劑的聚合物。

因此，作為備選微細加工方法，軟光刻、掩膜印刷、圖形轉印技術也引起了人們的興趣，以此來在柔性基板上制作超材料共振器。

掩膜印刷技術

掩膜印刷技術是一種無酸腐蝕的加工技術，用來制作平整多層的微納特性。這種技術是通過一個模板直接沉積金屬薄膜或氧化物，而不需要光刻和刻蝕。這種印刷術類似于制作襯衫時用的絲網(wǎng)印刷術。

下面我們對掩膜印刷技術作一個簡單的敘述。圖3a是一種掩膜，通常是用整個硅晶元或者鋁箔刻蝕而成。掩膜放置在接觸或者接近基片的地方如圖3b。隨后，通過電子束蒸發(fā)沉積金屬或者介質層，應用掩膜的沉積的特點來將掩膜復制到基片上面。利用掩膜印刷技術，100nm左右線寬圖形可以印刷到任意基片上面，包括易碎的化學活性強的聚合物和塑膠（圖3c和3d）。這種方法可以大量生產納米線寬的大面積圖形。掩膜可以重復利用并且得到的圖形高度一致。然而，由于掩膜與基片接觸或接近，在沉積時候會有損耗，多次重復使用之后，其分辨率會大大的降低。

圖2 利用微細加工技術制造的THz柔性基板超材料。a和b：在PDMS上的多層大面積的網(wǎng)格結構。c和d：聚酰亞胺上的共振器結構的加工。

圖3 掩膜印刷術的加工工序。a 目標圖案，在例子中是一種500nm大小的蝴蝶結形狀。b 通過掩膜沉積。c 原子顯微鏡下掩膜印刷術加工的實物 d 用掩膜印刷術加工的柔性器件。

軟刻蝕技術

軟刻蝕技術是一種備選加工技術，通過它可以在聚合物上加工微米或納米規(guī)模的圖形。近年來，通過軟刻蝕發(fā)展了很多不同的技術，這里主要討論關于超材料加工的比較盛行的技術。軟刻蝕用起來比較便宜，并且克服了光刻所遇到的一些問題，包括衍射極限下的刻蝕和高強度輻射能量的需求。軟刻蝕工藝需要一種彈性材料的模板，這一材料由帶有載體基片的PDMS構成（圖4a、4b）。載體基片由適當?shù)挠∷⒓夹g根據(jù)圖樣尺寸制成。剝離載體基片，模板就形成了，完全具有載體基片的特征（圖4c）。通過模板可以復制各種高清晰度的圖形并沒有對材料的限制。從載體上復制圖形后模板通過強力按壓在目標表面印制圖形。經(jīng)過固化后，移除模板，所要的圖形就形成了，該圖形可以獨立存在。

另一種很普遍的方法是轉印，在這里所期望的所有的材料如半導體、功能氧化物或者金屬全部都可以在硅片基板上面得到。這樣就可以讓那既定圖案轉化技術和高溫工藝得以實現(xiàn)。隨后，這些圖案可以用柔性模板“拾起”并放置于所選用的基板上面。之后將基板從載體上面剝離。轉印技術有著很好的用處但是需要精確的控制各種靶材之間的粘附尺度：施主基板、柔性模板以及目標基板。

通過使用軟刻蝕技術，可以克服一些別的所存在的柔性基板的限制：高溫膨脹、附著力差、低加工溫度和化學不穩(wěn)定性。此外，這些技術也適用于大面積結構尺寸以及非常規(guī)表面刻印。

圖4 兩種常見的軟刻蝕工藝原理圖

a到c 彈性印模制作

a：將想要圖案印在硅載體基板上

b：PDMS與隨后的固化和鑄造

c：剝離模板

d到f 圖案轉印到目標基板

d：通過滴鑄、旋涂或刮涂將目標基板材料加在載體基板上

e：目標圖形成型

f：將目標剝離載體基板

g到i 轉印技術

g：使用PDMS將主基板圖形復制出來

h：將PDMS圖形壓印在目標基板上

i：從載體基板上剝離

電子束光刻（EBL）

EBL使用經(jīng)過加速電壓極小波長的電子束從而來得到納米級圖案。與傳統(tǒng)的光刻膠暴露在紫外光下相類似，EBL技術需要光刻膠、聚甲基丙烯酸甲酯或ZEP暴露在高能電子束下。這將會導致有機結構的斷裂，這可以通過使用標準顯影液來解決，將有機結構溶劑在顯影液中，而不用暴露在電子束下。隨后，溶解抗蝕劑，淀積金屬或電介質層從而得到想要的納米級圖案。

該方法使用了剝離工藝，所以由EBL定義的初始模板需要是逆轉的目標圖案。EBL提供了很高的可能性來加工光刻衍射極限下的納米尺度特征，而且不需要物理掩模來轉移圖案。對于超材料來說，EBL技術可以用來加工使用在可見光范圍的亞波長分辨率諧振器。圖5 展示出用EBL技術在光電聚合物（PC403）基板上的多層諧振結構。

圖5 使用電子束光刻技術加工的包含4層金的超材料，間隔層是PC403 盡管EBL技術在納米和亞微米尺度略有建樹，但為了制作更大面積更高性能的超材料，有三個主要限制需要突破：由于該技術的串行特性而引起的寫入時間長的問題、接口誤差對周期性造成的影響以及電子束的較低的穩(wěn)定性問題。

即使對小面積圖案來說其寫入時間也是較長，每次只對一個元件作用也決定了輸出量的減小。例如，為3mm*3mm的圖案寫區(qū)也需要24個小時。此外，這種串行圖案化工藝中還浮現(xiàn)出了一系列問題如由于漂移而引起的電子束的不穩(wěn)定性。大面積圖案所使用的多臺移動導致了很差的分辨率和較大的連接缺陷。其次，拼接錯誤也導致了重復性圖形單元制作時偏差的增加。

最后，電子束的穩(wěn)定性和精確度也是影響該技術有效性的重要因素。波束阻斷是一種外部電壓源，被用來開和關電子束，進而進行納米級特征加工。在長的寫入時間中，當前的任何波動都會引起不一致的曝光，從而導致PMMA顯影時間的不確定性以及引入幾何誤差。

3D加工技術

3D加工技術可以提供低于衍射極限的成像、隱身、量子懸浮以及感測能力，所以人們對它的興趣日益上升。平面工藝技術簡單易行，被用于多層三維超材料的加工上面。然而，這樣的多層超材料經(jīng)常遭受各向異性的困擾。在高級應用中，隱身斗篷需要很精確的各項同性的超材料，以此可以在一定空間內對介電常數(shù)和磁導率控制。具有各向異性的超材料，其介電常數(shù)和磁導率并不能通過平面工藝獲得。因此，進一步發(fā)展納米超材料的制作技術，需要實現(xiàn)各項同性的亞波長超材料。

有很多先進的工藝已經(jīng)用于3D超材料的制作了，比如壓印光刻、微立體光刻、立柱超晶格、多光子聚合、多層電鍍（圖6）以及干涉光刻。然而，這些先進的技術仍然有著很多限制，如工藝的復雜性、實現(xiàn)的可能性和轉印到柔性基板的可行性。

通過綜合激光寫入與化學氣相沉積技術，我們探索創(chuàng)建了3D開口環(huán)諧振器（SRR）。化學氣相沉積可以實現(xiàn)目標結構可以均勻的涂覆金屬膜，這一特性是物理沉積所達不到的。具有不同高度的SRR已被實驗證明其諧振在不同的頻率。

圖6

a 電子顯微鏡下基于聚酰亞胺基板的豎直3D超材料

b 柔性3D超材料實物圖，另附單元結構

聚焦離子束（FIB）銑削是另一個用于實現(xiàn)納米尺寸特征的三維的制造技術，并且其可具有高的深寬比。用FIB技術設計制作的漁網(wǎng)型共振器是是第一批3D光學超材料中的一種，這些超材料具有各向異性的介電常數(shù)和磁導率，并且有較寬的頻譜。這種3D網(wǎng)格結構來源于多層金屬和導電層的沉積，銀層（11層）和氟化鎂層（10層）交替，共21層。隨之使用FIB技術來刻蝕具有高深寬比的納米尺度特征（圖7）。

圖7 由聚焦離子束銑削加工的21層網(wǎng)格結構 銀層（11層）和氟化鎂層（10層）p=860nm,a=565nm,b=265nm.Chanda 等人使用了類似的刻印技術用等離子體刻蝕一種網(wǎng)格結構，同時也用上了納米刻印技術和多層電子束蒸發(fā)技術，以此來實現(xiàn)超材料的負透射率。這種網(wǎng)格結構可以轉印到PCMS基板上面，然后再使用轉印技術將其復制到堅硬的基板上面（圖8）。上述納米工藝可以應用到紅外和可見光頻率范圍的大面積3D超材料上。將來，綜合了刻印技術與大面積光刻技術之后，可以加工具有大的負透射率的材料，而這種材料現(xiàn)在是由于壓印的印痕、低的深寬比和低的可重復性而不能實現(xiàn)。

圖8 a 納米轉印技術原理

b、c 電子掃描顯微鏡下的硅模板

d 多層超材料轉印到目標基板

三維DLW（direct laser writing）技術可以用來開發(fā)研制復雜幾何形狀的超材料。該技術包含了很收斂的激光束在光刻膠體積內入射到衍射極限光斑上。這就可以實現(xiàn)三維亞微米結構的制作，也可以將圖案加工在任意形狀或者復雜的相互交聯(lián)的材料網(wǎng)絡，上面這些技術是傳統(tǒng)光刻所達不到的。盡管直寫技術可以實現(xiàn)高分辨率，但它的出產率很低且只可用于特定范圍的基板。使用多波長的激勵/消耗技術可以改善工藝分辨率。近來，吳等人建立了一種替代的方法，通過使用一種全金屬、自支撐的手性材料，可以實現(xiàn)高深寬比、寬帶圓二色譜特性，這種材料可以由印刷和熱印制而成。Buckmann 等人展示了一種修正的“插入式”DLW技術，用以獲得微米尺度的超材料結構。使用標準的DLW技術制作的超材料高度局限于幾十微米。對于“插入式”3D DLW技術并沒有這種限制，光刻膠本身作為基板與鏡頭之間的浸沒液。這就可以使制作工藝總高度達到毫米量級。圖9展示出一種典型的3D超材料在SEM顯微鏡下的圖像，這種超材料是用DLW技術加工的，并且有著機械可調諧性。

圖9 掃描電鏡下不同倍率的3D超材料

掩模光刻（MPL）是另一種可以加工微米規(guī)模3D超材料的先進技術。使用這種技術，SRR可以直接刻印在立方體取向的SU-8基板上。基于如此精確的控制，通過復雜圖案的加工，MPL技術有可能會徹底改革未來在紅外和可見光頻率的3D超材料結構。采用MPL技術設計的SRR是用來將磁場耦合到入射電磁波上。

盡管上述大部分技術都有希望用于3D超材料的制備，但它們并沒有足夠的靈活性。一些技術是復雜的，需要多個制作步驟，這會降低結構的分辨率；另一些則受到材料和基板選擇的限制。此外，轉印技術依靠表面的化學活性所以也是一種基板依賴型。雖然綜合的軟光刻和光刻技術已經(jīng)被用來將圖案直接轉印在高度彎曲的基板上，但實現(xiàn)高分辨率的圖案（<0.1）仍然是一項挑戰(zhàn)。

超材料的調諧技術

機械調諧

可機械形變的柔性基板通常用于調諧超材料的諧振頻率。將拉伸力作用在基板上，改變諧振器的幾何形狀，也改變了其電磁耦合，進而就改變了諧振頻率。這種方法已經(jīng)被用于調諧Fano共振通過對PDMS膜施加單軸機械應力。等離子納米結構的調諧對可調諧納米光子器件的發(fā)展提供了新的途徑，比如可調諧濾波器和傳感器。由于等離子納米結構對結構參數(shù)的高靈敏度，機械調節(jié)十分有效。同時，機械調節(jié)也可以對米結構或納米單元結構的做對稱性調節(jié)，這種性能對光學特性有著很大的影響。

彈性基板的機械形變可以通過控制方式來修改諧振元件之間的距離。圖10表示使用PDMS基板的超材料已經(jīng)被用在THz和可見光頻率范圍的調諧。圖10（a）表示一個在可見光頻率可調諧的SRR超材料，其調節(jié)原理是通過柔性PDMS基板的機械形變來改變諧振頻率。諧振器的機械調節(jié)是拉伸基板時，在可見光頻率基板的拉伸變化比諧振線寬的大。實驗驗證表明SRR結構在相對大高達50％的單軸應變所造成的共振頻率的變化可達4％。此調諧機制也被用來調節(jié)表面增強紅外吸收，其反射信號可達180倍的提高。

在PDMS基板上面加工的等離子表面領結型天線同樣也用納米模板光刻技術。結型天線之間的縫隙可以誘導獨特的電磁響應，如等離子體所引起了透明度與大的近場強度。由于這些結構的機械形變，當縫隙以10nm為步長從45nm到25nm變化時引起頻率的紅移。這種印在PDMS上的超材料可以覆蓋在非常規(guī)表面上，比如光纖，這就可以使新的功能性光子探測和天線得以研制，將可以在遠程監(jiān)控環(huán)境的變化。

圖10（b）展示出另一種用來機械調節(jié)THz頻率的超材料的結構。圖示為一種在被拉伸了的PDMS基板上面的超材料。材料的單元結構貼在褶皺的結構上面，這種結構的最高形變率可達52.1%，因此允許更寬的傳輸響應和機械可調諧性。

圖10 以PDMS為基板的機械可調諧超材料

a 光學超材料

b蜂窩THz超材料

c 左邊兩個平整的THz超材料

右邊兩個交錯的THz超材料

圖10（b）中蜂巢結構超材料的布置是完全均衡的，以此來達到非偏振的響應。然而，處于褶皺狀態(tài)時，結構的電磁響應對極化非常敏感。實驗證明其對TE波的傳輸響應要比對TM波的傳輸響應高90%。褶皺超材料的極化依賴特性已被用來作相位阻滯器。

圖10（c）所示圖形是諧振頻率在THz范圍可調的”I”型諧振器，分為兩種，有或者沒有交錯的縫隙。拉伸10%就可以達到8%的諧振頻率調節(jié)。相比于圖10（a）的拉伸50%才有4%的可調范圍好了很多?！癐”型結構諧振器延展成對稱性的結構來得到依靠極化作用調諧的結構，在壓變傳感方面有很大的發(fā)展空間。

盡管別的方法也可以用來處理共振器，這些方面下面兩部分會提到，機械形變調諧有著不可動搖的地位，它可以在不改變材料組成的情況下精確控制整體的設計、對稱性以及系統(tǒng)的響應。

除了機械調諧以外，還有其他好多的調諧方法。包括機電位移、熱退火和改變超流體密度。綜合了相變器、半導體、石墨烯、碳納米結構、非線性和液晶的超材料也是一個新的研究熱點，Zheludev等人研究論述了這些問題。另外一些別的調諧技術的研究也將在下面文章中做出討論。

機電位移 將機械形變調諧的概念擴展，應用電激勵來誘導機械壓力的變化，引申出了機電調諧。在機電調諧中，諧振器的機械形變是靠外部偏壓來誘導的。林等研究人員利用微機電系統(tǒng)研究了一種在懸臂結構中浮空的有雙開口環(huán)陣列的共振器（DSRR）。懸臂結構取代了外加偏壓的激勵，隨后利用其自身懸臂壓力的變化來反饋真實偏壓的變化。DSRR的這種機電調諧可以用來展示在THz方面的可調諧濾波器。在這里靜電力取代了偏壓來控制懸臂的曲率。20V的偏壓可使諧振頻率可調0.5THz。

其他的調諧技術

這部分我們討論對不同硬度的基板超材料所使用的調諧技術。這些技術可以用來調諧柔性超材料?；谌嵝圆牧系母叩淖杂啥?，在外部激勵下獲得更多的內部磁化，使用晶格位移技術、熱激勵技術有望提高材料的可調諧度。

晶格位移技術

圖11（a）所示為可重構超材料的概要，Lapine等人研發(fā)的晶格結構調整被用來調諧超材料的傳輸特性。他們利用對晶格參數(shù)有依賴作用的諧振頻率，并且改變xy平面的各層周期橫向位移。超材料的側向位移導致的諧振器在x或y方向上的移位，從而導致諧振頻率的劇烈變化如圖11（b）。使用這種方法，可以達到諧振頻率的連續(xù)調節(jié)。這種調諧技術可以用在更加寬的電磁波段和其他形狀的諧振器中。為了實現(xiàn)這種智能的在高頻連續(xù)可調的超材料，能夠產生大面積多層超材料結構的微、納米工藝是必須的，同時可以在三個方向都能良好控制的晶格位移材料也是不可或缺的。

圖11 晶格位移所制作的可重構的超材料

a 超表面位移原理

b 不同膠片下的傳輸響應

熱激勵

實驗證明使用溫度來控制介電常數(shù)這一方法已經(jīng)被用在調節(jié)THz波段的諧振器。這依賴于氧化物包括溫度感應在內的多功能特性。由SrTiO3制成的于溫度相關非磁性棒已經(jīng)用于調節(jié)THz頻率，其調節(jié)是通過控制溫度完成的。實驗證明溫度從300K變化到120K時，諧振頻率改變了44%。

熱激勵也被用來調節(jié)超材料。一個由懸臂支撐的SRR超材料也被證實可以用在調諧電磁反應，它的懸臂平面對熱退火反應較為敏感。然而熱退火致動過程是種被動調諧，調諧中的SRR一旦改變就不可能再返回到初始狀態(tài)。因此，像電阻、壓電和靜電致動這樣的調諧技術必須要進一步的研究才能用來調諧超材料。

結論和展望

在本文中對柔性可塑基板的超材料最新進展做了基本的介紹。包括超材料在現(xiàn)實設備中的使用、國家最先進的工藝技術和對柔性基板超材料的調諧（或者擴展到一些柔性器件的關鍵性技術）。

超材料以經(jīng)可以制作在各種聚合物上，這些聚合物的特性在超材料的功能中起著很大的作用。這項工作著眼于普通聚合物的細節(jié)特征，研究人員詳細的總結了這些聚合物的使用方法。具有低電耗和優(yōu)良機械特性的基板是用作調諧超材料的優(yōu)先選擇。

綜述了柔性基板超材料的制造工藝。傳統(tǒng)的微、納加工技術被廣泛用在THz和可見光頻率器件上，并且正向著新技術轉化。掩?？涛g技術和納米壓印光刻技術也以及克服了一些由柔性基板的引入而出現(xiàn)的問題。膜投影光刻和直接激光寫入技術在復雜圖形方面略有建樹，肯能加工出復雜的各項同性超材料結構。

機械形變調諧很有希望獲得有適合響應的可調諧超材料而不加入別的復雜設計和構造。這種技術可以得到超材料的動態(tài)調諧而不需要加偏置電壓、非線性分量和MEMS開關。此外，機械調諧并不受使用頻率的限制，它可以擴展從微波、THz到可見光波段。通過分子水平加強了動態(tài)表面紅外吸收，機械調諧超材料的能力達到了新的高度。對于柔性基板，超材料和等離子納米結構對材料的結構參數(shù)十分敏感，這為光子電路、生物系統(tǒng)、天線、傳感器（應變、溫度、電介質、生物分子、化學等）、俘能設備、可調諧隱形裝置提供了新的技術創(chuàng)新，可以讓它們工作在更寬的頻率幅度，克服了特定波長和角度的限制，還有可以使用超透鏡在原子尺度成像。為了使這些應用更好的實現(xiàn)，新的研究正在開展來研發(fā)出有更好分辨率的諧振器使用在更高的頻率波段、更大面積的柔性基板、3D超材料、各項同性響應結構、更快的調諧能力的機械可調諧超材料。

超材料的局限性突破通過使用柔性可塑基板實現(xiàn)了更寬的可調諧性。到目前為止，這有趣的工作已經(jīng)突出應用在了THz超材料領域，并展示了天線、濾波器、吸收器和傳感器的實用性。主要由于缺乏用于控制THz頻率所需的光子元件。進一步的研究正在展開，以實現(xiàn)3D THz超材料的流行應用。目標將會是各項同性響應超材料，它開辟了超材料在THz、紅外以及可見光頻率的使用。調諧機制的發(fā)展和制作工藝的進步是未來超材料發(fā)展的關鍵因素。

超材料天線以其自身的優(yōu)勢，打開了市場的需求，市場上有輕質、高效路由器，移動電話和機場掃描儀。然而，集成天線的其他功能就沒那么有優(yōu)勢了，不過這種情形可以通過使用柔性基板來改善。出于超材料本身吸收與傳輸電磁波能力，它也被用來俘獲電磁能量。盡管這種俘能設備以經(jīng)證明可以使用在微波波段，實際還是需要更高分辨率的大面積的納米結構，用來使用在更高的頻率。未來的超材料，從簡單的充電設備到房屋里的窗戶，都可以吸收以前認為不可能的電磁能。

由此可以得出結論，柔性聚合物可以在機械形變調諧中展現(xiàn)優(yōu)勢。使用柔性基板的超材料可以聯(lián)接其他組件和非常規(guī)表面。在柔性基板上加工更高分辨率的微、納規(guī)模的圖形，這種加工工藝是未來超材料發(fā)展的關鍵。

致謝

澳大利亞研究協(xié)會承認項目DP1092727(MB)DP1095151(WW)DP110100262(SS)和DP130100062(SW,SS).感謝維多利亞和AFAS-Vic協(xié)會的支持，感謝參與本文的合作者和同事。

第二篇：論文翻譯——超表面理論及應用

超表面理論及應用-超材料的平面化

An Overview of the Theory and Applications of Metasurfaces: The Two-Dimensional Equivalents of Metamaterials Christopher L.Holloway1, Edward F.Kuester2, Joshua A.Gordon1, John O’Hara3, Jim Booth1, and David R.Smith4

三碗

譯

摘要

超材料通常由按一定規(guī)律排布的散射體或者通孔構成，由此來獲得一定的性能指標。這些期望的特性通常是天然材料所不具備的，比如負折射率和近零折射率等。在過去的十年里，超材料從理論概念走到了市場應用。3D超材料也可以由二維表面來代替，也就是超表面，它是由很多小散射體或者孔組成的平面結構，在很多應用中，超表面可以達到超材料的效果。超表面在占據(jù)的物理空間上比3D超材料有著優(yōu)勢，由此，超表面可以提供低耗能結構。文章中將討論到超表面特性的理論基礎和它們不同的應用。我們也將可以看出超表面和傳統(tǒng)的頻率選擇表面的區(qū)別。

在電磁領域超表面有著很廣泛的應用（從微波到可見光波段），包括智能控制表面、小型化的諧振腔、新型波導結構、角獨立表面、吸收器、生物分子設備、THz調制和靈敏頻率調節(jié)材料等等。文中綜述了近幾年這種材料或者表面的發(fā)展，并讓我們更加接近一百年前拉姆和Pocklington或者之后的Mandel和Veselago所提出的令人驚訝的觀點。

引言

最近這些年，超材料這方面一直引領著材料的潮流。超材料是一種新的人工合成材料來得到自然材料所不具備的一些特性。在電磁背景中，這方面最早的實例就是人工電介質。之后，我們將會看到和經(jīng)典結構完全不同的超材料和超表面，比如光子能帶隙結構（PBG）、頻率選擇表面（FSS）。雙負指數(shù)（DNG）超材料是一種盛行的超材料，也叫作負指數(shù)材料（NIM）、左手材料等（LHM）。這種材料的特性是在給定的頻率帶寬內其有效介電常數(shù)和磁導率是負的。另一種特性是近零折射率。在這種材料中，其介電常數(shù)和磁導率都被設計成接近于零。擁有這些特性的材料可以應用在很寬的頻率范圍（微波到可見光頻段），并且其應用也很廣泛，如隱身、低反射材料、新型結構、天線、電子調諧、超透鏡和諧振器等。

現(xiàn)在的超材料研究來源于對Bexelago理論的仿真，或者是基于之后Pendry、Smith等人所實現(xiàn)的超材料結構。然而，這個領域中很多研究者并沒有認識到負折射率超材料的概念和它們令人吃驚的性能可以回溯至那么早的時間段。實際上，這種材料的理論可以回推到一個世紀以前。早在1967年，一些學者已經(jīng)對超材料做出了研究，而更早的Sivukhin在1957年對超材料的特性做了簡單的描述。Malyuzhinets和Silin都相信L.I.Mandel在更早的時間里做過超材料研究。Mandel提到關于Lamb的1904年的報紙，稱Lamb或許是這一領域的第一人。Lamb提出了反波的存在性（在相反方向上擁有相位和群速度的波，他的實例包含機械系統(tǒng)而不是電磁波）。Schuster在他1904年的可見光書中簡短的談及了Lamb的工作，并提出了在可見光介質中或許也有著反波的特性。1905年，Pocklington展示在某種情況下靜止的自行車鏈條可以產生反波，加上突然的激勵可以產生一種擁有遠離波源的群速度和朝向波源的相速度。

超材料通常是用規(guī)律排列的小散射體構成的結構，以此來獲得期望的性能。超材料可以被擴展成二維分布的電子散射體圖1.圖1a闡述一種普遍的散射體排布，而圖1b-1d展示更多的特殊例子。圖1b展示一種金屬散射體排布，它可以獲得與經(jīng)典開口環(huán)結構所產生的磁響應類似的電響應。圖1c展示一種球粒陣列（基于此引入了3D超材料，來源于早期Lewin的工作，但更早的是100年前Gans和Happel的預測）。圖1d為陶立方排布。超材料的這種表面結構最初命名為超薄膜，表示一個表面上分布著小的散射體。值得一提的是每個散射體的都是很薄的（甚至比晶格常數(shù)?。梢杂腥我獾男螤?，可以有亞波長尺度。與超材料類似，超薄膜也可以通過其散射體的排布來有其特有的電磁特性。超薄膜又稱超表面或單層超材料。在1.1和1.2部分我們將簡化其稱呼。

對于很多應用，超表面可以用于放置超材料。超表面相對于3D超材料來說有著占有更小物理空間的優(yōu)勢，由此，超表面可以提供更低能耗的結構。近幾年，超表面在從微波到可見光波段的應用取得了巨大的成就。除了可用在上面所說的超材料的應用外，超表面還可以實現(xiàn)智能表面控制、小型化諧振腔、新型波導結構、簡單而寬角度吸收器、阻抗匹配表面和生物分子器件。下面也將會更詳細的談到其中的一些應用。

1.1 超表面與頻率選擇表面

下面說一說超材料（MM）和傳統(tǒng)光子帶隙(PBG)或電磁帶隙(EBG)結構之間的區(qū)別，另外超材料和傳統(tǒng)頻率選擇表面（FSS）的區(qū)別。第一種超材料可以使用超表面來發(fā)展創(chuàng)新。對于超材料來說，能熟知周期材料在不同頻率或者不同尺寸的電磁響應非常重要。這種復合材料可以分成三種完全不同的部分（圖2）。對于3D超材料來說，第一部分是準靜態(tài)部分。這就暗含低頻的意思（亞波長段頻率）。這種散射體將會具有誘導的或者永久的偶極柜，這也是經(jīng)典材料的性質。另外，這種散射體可以通過改變形狀或者位置來獲得想要性質的人工復合材料。在這一部分，描述使用經(jīng)典的材料混合來得到目標特性（介電常數(shù)、磁導率）

當波長可以與結構周期相近或者比周期小時，會有特別的響應發(fā)生，見圖2的第三部分。在這種頻率下，存在一種更加復雜的場，這就需要用更加精密的分析技術（全波方法）。傳統(tǒng)的分析方法是Floquet-Bloch理論，其中的場擴展到有各種不同方向的平面波。當波長接近周期時，就需要考慮到更高要求的Floquet-Bloch理論。這種高要求模型就會通過復合材料干擾基波的傳播，在這種頻率范圍中我們稱復合材料為光子帶隙或者電磁帶隙材料。在某種頻率范圍，光子帶隙和電磁帶隙材料會阻礙到EM波的傳播，這種頻率帶就稱為阻帶。別的頻率中，這種材料的通過率很高，這種頻率就為通帶。布拉格散射效應就是與這種頻率有聯(lián)系，它是很多實際應用的基礎。

圖2的第二部分也是處在亞波長結構，不過期單元散射體可以達到共振。這就實現(xiàn)了另一種人工材料（MM），實現(xiàn)了自然材料所沒有的特性（如雙負或近零指數(shù)材料）。第二部分，那些共振體是其成為超材料的原因所在。我們可以通過有效介電常數(shù)和磁導率來標明超材料的特性。

二維陣列（超表面）也有相似的特性。對于二維格子陣列來說，第一部分復合材料屬于經(jīng)典薄膜材料，第三部分是周期性的共鳴器。另一方面講，當我們談及超表面時，就是在說第二部分的共鳴器散射體而不是周期性結構。普通的頻率選擇表面有時會是運行在這種體制下，但這種類型的操作和第三部分的并沒有明確的標出。

值得注意的是圖2所示的第二部分并不常見。這種散射體需要特別的設。例如，如果是 圖7中球形粒子的特性或者半徑非常小，或者是散射體的形狀、尺寸沒有做合適的選擇，散射體的共振將會趨向于Floquet-Bloch模型，就實現(xiàn)不了雙負材料。在Floquet-Bloch模型中散射體共振將會被吸收，這種介質模型就不能充分描述復合材料。總的來說，圖2中第一、第二部分會出現(xiàn)在某種復合材料介質的情況中。第一部分（經(jīng)典混合理論），其有效特性不依賴頻率。第二部分（散射體共振），其材料具有頻率依賴特性。在這部分中，可以實現(xiàn)3D雙負指數(shù)材料和別的共振器。最后一部分中，電磁場和周期材料的相互作用非常復雜。我們不再將復合材料稱為有效介質。當波長接近結構周期時，更高要求的Floquet-Bloch模型需要考慮進去，超材料和超表面就是這樣。

1.2 超表面類型

超表面結構就是二維的周期性亞波長結構。在一般的研究中，我們將超表面列為兩類。一種是有著陶瓷拓撲結構（一種絕緣散射體）圖1a所示，稱其為超薄膜，有著很多應用。另一種是漁網(wǎng)結構（圖3），稱為元幕。這些材料是由在阻抗表面周期排列的孔制成。別的種類超表面基于這兩者之間。例如，平行導線光柵在垂直導線方向表現(xiàn)出超薄膜的特性，而在沿軸方向就表現(xiàn)為元幕性質。

1.3超表面模型

模擬超材料的傳統(tǒng)的、最方便的方法是有效介質理論。在這種方法中，某些類型的平均是用在超材料周期單元結構所產生的電磁場上面。從這些平均值中，可以確定超材料的有效介電常數(shù)和磁導率（以及折射率）。值得一提的是，只有當波長相對于晶格常數(shù)足夠大時候平均才是有效的。對于場的周期單元平均定義有效材料性能是正確的方法（那種勻質平均的類型），許多研究人員已經(jīng)在實踐中使用根據(jù)一些計算出厚度的超材料樣品來得到期望的反射和透射系數(shù)。尼科爾森-羅斯-韋爾（NRW）的方法或它的變形，可以用于獲取超材料的有效材料性能。需要注意的是，當使用范圍是負指數(shù)材料時，標準的NRW方法必須進行修正。典型地，一個平方根的符號的選擇是由明確的通過確保在傳播方向正功率溢流。在某些情況下，還必須考慮到樣品的邊界附近局部影響。如果使用得當，有效介質的方法是用于表征超材料的很合適的方法。

嘗試使用類似的超表面參數(shù)分析很少成功。一些以前的超表面研究把其當做是單層超材料薄膜，這種模型的材料特性是任意的引入一個非零厚度參數(shù)來獲得的。這有一些人為物理結構參數(shù)的問題：這些超表面的參數(shù)特征是錯誤的。傳統(tǒng)計算方法的展開可以給我們一些提示，當以樣品尺寸建模時，必須考慮樣品邊界效應，就像兩個不同切面上的效應一樣。

為了說明其中難點，我們使用圖1中對等的厚度為d（圖4）的材料層來代替超表面。其有效特性是由上文中HRW方法所得出。問題是上述所得有效特性對于超表面來說并不唯一，雖然散射體的幾何特性和晶格常數(shù)一定，但厚度d不確定。實際上，d在合理限制中可以任意取值。由于d不是唯一確定的，所以由其而得的超表面特性也不是唯一的。因此，與報道中相反的是，把超表面看成等效介質所得的有效特性都是不合適的并且導致了錯誤的闡釋。Smith等人堅持這個觀點，認為‘εd’很可能是常量。在文獻[101]中介紹了易受影響的表面和有效特性直接的關系，認為對于超表面來說，不能定義獨立于d的ε和μ。由此說明ε和μ是d的函數(shù)，并且唯一確定。這種結果就是說d、ε和μ是任取的。也就是我們如果假定厚度也為常量就可以使用這種有效特性。但對于不同的厚度來說，這種有效特性并不適用，非平面形狀也一樣。如果我們想在一定厚度基礎上使用這種有效特性的話，那是沒問題的。從另一方面說，如何改變了厚度而繼續(xù)使用之前的特性，那就是錯誤的了。

圖5和圖6強調了這一點。圖5展示了球粒陣列中通過這種方法使用不同的有效厚度d所得的介電常數(shù)。圖6展示不同厚度下的負折射率。圖5和圖6中可以看出有效特性是厚度

d的函數(shù)，說明有效特性并不是超表面所固有的本質特性。同樣我們也應該指出通過這種方法所獲得的超薄膜或超表面的有效特性并不能展示其物理特性。例如，因果顛倒或者負材料呈現(xiàn)出大的介電常數(shù)或磁導率（在文中基于時間t假設的ejwt的正虛部）。

在文獻[100]中，論證了超薄膜表面的唯一性，由此，也定義了超表面特性的唯一性。從物理上講，超表面是一種極小的板：當電磁波與其作用是會產生相移或者是振幅的改變。這種超表面最好的定義是通過普通的板過渡理論（GSTCs），是對比于使用在超材料上的有效介質描述來說的。這種方法使用在超表面與電磁場交互作用時候，且符合廣義等效面轉換理論。

對于超薄膜來說，在文獻[23]中所述廣義等效面轉換條件與超表面的兩個面上的電磁場有關（見圖1a）：

式中av代表超表面兩邊的平均場，t為到z的距離，是單位矢量。?ES和?MS分別是兩

....表面的電場和磁場。這有著計量單元，并且與散射體的電磁極化密度相關。當散射體有缺失 這種性質會消失并且方程（1）中E和H的非相關條件將會減少。簡便起見，我們認定散射體和晶格對稱，則表面并失如下：

在這篇文章和文獻[101]中，我們對于?MS有一個約定，在H場中右邊項前加一個負號，而E場右邊項加正號（見方程1）。這種符號約定與文獻[100]中不一樣。我們選這種約定是因為當表面磁密度與H在同一方向時Re(?MS)為正，這也是經(jīng)典磁材料特性定義的組成部分。這種廣義等效面轉換條件可以應用在更多的方面，如不對稱性、不均材質、以及雙各向異性表面，而且這方面的理論已經(jīng)有了發(fā)展。值得注意的是方程1的約定條件僅適用于超薄膜。具有不同結構的超表面將需要其他的理論條件。例如，周期性隔離孔組成的元幕有著零厚度理想導體，這與廣義等效面轉換理論相悖，這可以寫成：

其中E場和B場在元幕中是連續(xù)的。這里，?ES和?MS分別是元幕的電特性和磁特性，并且，與超薄膜表面相似，它們有著長度。當孔不存在時，就只剩了理想導體平面，那些由孔引起的電、磁特性將會消失，并且方程3中電場E的切量會減小。元幕的經(jīng)典邊界條件還沒有定義出，還需要補間斷的工作來發(fā)展。像導線光柵這種擁有超薄膜和元幕兩種特性的超材料的邊界條件也一樣需要發(fā)展（在[102][103]中廣義等效面轉換條件應用在了薄導線光柵上）。

廣義等效面轉換條件同樣可以用于阻抗邊界條件。對于平面波電磁的變量，它是平行于超薄膜的

....我們可以利用麥克斯韋方程將方程1寫成：

其中表面轉移導納和轉移阻抗由下式給出：

這種邊界條件也可以等效成傳輸線電路。

這種廣義邊界條件可以讓超表面可以有一個有著無限薄等效表面的模型。表面幾何的細節(jié)包含在表面特性的邊界條件中。應用在廣義等效面轉換條件中的場是一種宏觀場，相比于散射體、孔和晶格來說，其并不具備長度，但當波長在介質周圍是它就有著更大的值。值得注意的是，這種廣義條件由于方程1和3中表面梯度的影響而存在著誤差。如果表面特性可以使用矢量波（沿波的傳播方向）來計算的話，這種邊界條件的計算將更加精確。

如果不需要空間場變量的精細的結構的話，這種廣義等效面轉換條件和麥克斯韋方程一樣都需要分析場與超表面的相互作用。這種邊界條件中的表面特性是位移確定的，并且可以作為描述超表面的物理量?；谶@種模型的檢索技術將在下部分來描述。

1.4 超表面的特性

如上部分所述，超表面的有效特性和磁導率（與負折射率相同）并不唯一確定。這一部分我們將綜述一種超薄膜的唯一的特性，主要是基于反演其反射和傳輸系數(shù)來獲得。超薄膜的反射（R）和傳輸(T)系數(shù)不管是對于TE或者是TM波（圖7）都來源于文獻[24]。

對于TE波來說：

對TM波來說：

其中k0是真空波矢。這種反射和傳輸系數(shù)可以用于有著足夠對稱性反射體的超薄膜上。同樣的方法也可以用于更多非對稱不規(guī)則表面特性，如元幕或更多普通的超表面。這些理論尚有待發(fā)展。

一旦確定了表面的反射和傳輸系數(shù)，表面特性就確定了。在這個實例中，每個偏振波都需要兩種R和T系數(shù)。對于TE波，其三個未知特性的推導如下：

其中R(0)和T(0)是正入射波的反射和傳輸系數(shù)，R(θ)和T(θ)是以θ角入射波的反射和傳輸系數(shù)。而對于TM極化波，其未知特性的推導如下：

在文獻[100]中的符號錯誤已經(jīng)在上式中修正。同樣文獻[101]也做出了修正。

這種方法既可以從理論上又可以從實驗方面確定R和T的值。而對于普通入射測量技術來說，很難分辨其入射和反射成分，如果入射角不為零則結果會好很多，祥見文獻[100]。有趣的是，當推斷超材料模型的有效特性時，這種反演方法來求解超薄膜特性既不用特定的取符號的平方根，也不需要假定表面層的厚度。

為了確認超薄膜這種反演的特性，我們引入一種球粒型超薄膜如圖1c。其中a=10mm, p=25,59mm, εr=2, μr=900, tanδ=0.04。這種結構的極化度是可解析的，因此其表面特性可以根據(jù)文獻[100]給出的方程計算。如上所說，可以通過設置不同的R,T來確定未知量，文獻[100]給出了一些方法。

Figure 8.The surface susceptibilities for a metafilm composed of spherical particles.圖8所示?ES和?ES的實部和虛部。其結果是通過30入射角的數(shù)值仿真所得的R和T。

0zzyy超薄膜模型是球粒陣列，有著對稱傳輸陣列（）。同樣圖中也給出了文獻[100]分析結果。通過對比，這種反演方法所得結果和方程計算結果一樣。

上述例子和文獻[100]都說明了反演方法的正確性。更重要的是，這種計算結果說明了超薄膜特性是唯一的。

超薄膜也可以用來計算3D超材料的有效特性。在這種技術中，和上面一樣，超薄膜的平面波反射和傳輸系數(shù)用來計算表面特性。通過文獻[23]中應用，之后就可以獲得單個散射體的極化率。通過把這種超薄膜嵌入三維超材料里，就可以通過Clausius-Mossottii關系來得到有效介電常數(shù)和磁導率。這種技術是一種很有用的計算標準參數(shù)的方法，尤其是當波在一個很小的多層樣本中傳輸時候。

在本文的其他部分，我們將討論近幾年超表面的各種應用?？烧{表面

對于一個給定的超表面，我們可以通過很多商用模型來分析它與電磁場的反應。然而，如我們所見，可以通過廣義等效面轉換條件來獲得平面波的傳輸和反射系數(shù)。對于超薄膜，適用于方程7和方程8.這些特性與超薄膜的表面特性有關。這些方程的好處是可以讓我們從物理方面洞察表面特性與反射、傳輸系數(shù)的關系。方程7和方程8闡釋了通過控制表面的反射和傳輸系數(shù)可以改變表面特性。

以方程7和方程8為例，我們可以寫出在全反射或者全透過時電、磁特性的關系。在全反射時：

而對于全透過時所需的條件是：

理論上控制反射和傳輸系數(shù)可以通過以下機制來完成：1，通過改變散射體的電磁特性；2，通過改變基板（材料特性或者幾何構造）的結構。以球磁粒子組成的超薄膜為例，圖9所示為R關于散射體磁導率的曲線。圖中可以看出，基于散射體磁導率的變化，超薄膜從全反射變化到了全透射。這種可控表面已經(jīng)實現(xiàn)，其組成是由球形YIG粒子所組成的超薄膜，控制激勵是外加DC磁場。圖10所示為這種超薄膜的傳輸特性隨外加DC磁場的變化。一些其他的方法也已經(jīng)可以用來控制超表面，并且在動態(tài)控制領域也有許多研究在開展，我們將在第7和第9部分做討論。各向異性超表面：角獨立特性、吸波器和阻抗匹配表面。

各向異性散射體所組成的超薄膜可以用來獲得與各項同性超表面所不同的很多應用。這些應用中的一個有趣的體超材料是在其內設計出各向異性的表現(xiàn)。實際上這個主意來著隱身斗篷材料，其有著很大的關注度。這種材料是通過在超材料里設計各向異性材料來設計的，覆蓋有這種材料的物體可以使光在其表面?zhèn)鞑セ蛘邚澢＝?jīng)過合理設計的各向異性超材料可以達到既不散射又不吸收能量，這樣就可以在電磁波里實現(xiàn)隱身效果。現(xiàn)在可以在理論上實現(xiàn)從射頻到可見光的隱身。但由于材料和結構的本質屬性，在獲得寬帶隱身效果來說還有著技術難點需要突破。試驗證明窄帶單偏振的隱身實例已經(jīng)可以實現(xiàn)。

同樣，這種概念也可以擴展到超表面中。在這個設計中，其表面設計將選用散射體所組成的超表面來達到期望的性能。例如，理論上可以可以設計出一種超表面來達到將EM波聚焦到目的區(qū)域，與聚焦天線陣列很像。如果可以按照期望的控制超表面的散射體，就可以得到一種能夠改變能量聚焦所在的方向和頻率的超表面，這種概念現(xiàn)在正在研究。

另一個例子是怎樣獲得不依賴角度（至少是某種參數(shù)范圍中）的反射和傳輸系數(shù)。對于一個給定的入射角，方程13給出了在發(fā)生全反射時表面電和磁的磁化系數(shù)。方程13給出了一種可以在這種全反射狀態(tài)下獲得近似角獨立的結構。以TE波為例，當?MS>>?ES時，角依賴性被削弱，這是基于方程13中圓括號前部分控制第二角依賴部分。同樣地，對于TM波，當?MS>>?ES時,其角依賴性同樣變弱。當超薄膜的散射體結構達到諧振頻率時，會產生這種性質。當所指部分占優(yōu)勢時，方程13中全反射條件變成： yyzzzzyy

如果超表面設計成這種傳輸成分的表面特性的共振相比于普通成分來說非常高，則這種超表面或許會產生角獨立特性。這種特性在圖11中闡釋出來，其中我們畫出了超表面的反射系數(shù)，這個超表面是由圖1b所示金屬結構組成。在圖中可以看到這個表面在600入射角處獲得近似角獨立。

我們可以將這個概念擴展到很多其他的結構上。例如，具有高的各向異性材料的板也可以獲得角獨立特性。文獻[61]展示，這種特性可以通過檢測不同各向異性基板的反射系數(shù)來觀測。另外，引進計算電磁學中的完美匹配層（PML）可以減少輻射邊界所產生的誤差，同樣它也需要這種角獨立特性。這種PML可以通過超表面的理念來實現(xiàn)，這種課題正在研究中。

這種結構為發(fā)展緊密的電磁吸波器提供了可匹配的能耗材料，并且使獨特的阻抗匹配表面得以實現(xiàn)?；谶@種想法的吸波器最近開始出現(xiàn)在文獻中[53-58]。這種結構通常由覆蓋有金屬板的能耗基板和其前部的超表面組成（圖1b的第二幅圖）。這種結構或許會是窄頻的，但它同樣也是很緊湊的。使用超表面的這種結構的另一個優(yōu)勢是它有著很好的角獨立特性，這在理論和實驗中都是已經(jīng)證明的了。對于角獨立特性的物理說明如上述或者文獻[60]。

不同的團隊同樣也研究了超表面在阻抗匹配表面的應用。與圖12a所示的金屬陣列相似的結構已經(jīng)被用來制作寬角度的阻抗匹配表面。這種結構具有高各向異性，可以使角獨立特性得以實現(xiàn)。這種薄各向異性超表面的反射特性在圖12b中展示。諧振器尺度的優(yōu)化

Engheta展示了當孔中部分填充負折射率材料時候，在λ/2尺寸規(guī)模的諧振器結構的尺度還可以再減小。文獻[35,36]中擴展了這個理論，使用超表面也達到了同樣的效果。利用超表面的優(yōu)勢是可以理論上比利用3D超材料所實現(xiàn)的尺寸要小。距離為d的兩個金屬板之間放置超表面，達到共振所需要的相位匹配條件是

當?M??0時，n=0不成立。通過這個方程，可以看出如果合理設計超表面的話，諧振器尺寸可以超越λ/2波長的限制。

例如，一個由兩金屬板及其之間的方形片狀物構成的超薄膜。圖13所示為三種不同板的諧振頻率關于l/p（p為周期，l為單個方形物的尺寸）。當l/p=0時，就是經(jīng)典結果d=λ/2。對于一個給定的d來說，電容性超表面可以很大程度上減小諧振頻率，或者是減小諧振器尺寸以得到期望的諧振頻率。方形片超薄膜諧振器的頻率減小在表1中展示，周期p=500μm。在表中，對于不同的l/p值列出了相對應的減少值。這個表的結果展示了這種結構可以減少共振器尺寸高達56%。如果經(jīng)過精細制作超表面散射體的極化特性，還可以達到更好的減少尺寸效果。實際上通過控制超表面的特性可以實現(xiàn)頻率靈活的諧振器。波導

對于一種入射波來說，超表面可以經(jīng)過特殊設計來使其發(fā)生全反射，這就使俘獲并傳輸電磁能到兩個超表面之間成為了可能。圖14闡釋了波導的一些現(xiàn)象（與圖7不同的結構使其具有了沿z軸方向傳播的性能）。假定波導方向沿z軸，??k0sin?，對于TE模型，從方程13可以看出傳輸常量須符合下式以達到全反射

對于漏模來說，這個常量通常很復雜。如果所選超表面滿足上述標準并且β一定，則x方向的傳輸波數(shù)如下

兩超表面的間距d

其中虛部ne越小越好，需要滿足

和

（后者條件是由于在接近兩個超表面時候模型將表現(xiàn)出一種表面波特性，很可能會增加其衰減）。對于TM模型類似的方程也在文獻[37]中提出了。

這種波導可以使其變得簡潔，使用更少的材料，更低的輻射能耗。如果超表面由聚合物組成，則也可以得到一種柔性的波導結構，再加上合適的超薄膜的話，可以實現(xiàn)柔性低損耗的波導，在THz頻段有著很大的應用潛力。這可以用來設計智能可調頻率靈活的波導結構。超表面上的復合波和表面波

有著傳統(tǒng)電介質片的超表面在適當?shù)臈l件下也能支持表面波的傳輸。然而，與傳統(tǒng)介質片不同的是，通過設計超薄膜散射體特性，可以同時產生向前、后的表面波以及復合波。實際上，可以通過適當調節(jié)散射體來使表面被或者復合波只在指定的頻率出現(xiàn)。在文獻[109]中給出了詳細的平面波的產生。超表面上線波源的反射系數(shù)的極值是超表面表面特性的函數(shù)。如果這些極值確定，在不同條件下表面?zhèn)鬏敳ǖ膫鬏敵Ａ坑上率浇o出

式中βs在表2中給出，數(shù)據(jù)為電波線源的不同條件，對于磁波，見文獻[109]。當表面磁化率符合其中一個條件時，就會激發(fā)表面波或者復合波。圖15闡釋了頻率激發(fā)的超表面平面波或者是復合波。數(shù)據(jù)顯示當磁波線源放置在球粒陣列上方時電場的大小。圖15a展示一種表面波的激發(fā)。圖15b展示復合波的例子。通過改變散射體的特性，表面磁化率也隨之改變。由此，從表2中看出，在任何想要的頻率下產生表面波或者復合波都是理論可行的，同樣也適用于頻率靈活的波導結構。

Figure 15.The magnitude of the E field(on a linear scale)from a magnetic line source placed 45.49mm above an array of spherical particles:(a)f=1.42GHz,one surface wave;and(b)f=1.5GHz,complex mode THz器件

可調表面可能有利于THz頻段的設備和構成。基本上可調表面是通過改變電環(huán)境、電流或者元件環(huán)境來實現(xiàn)的。當電環(huán)境 改變時（通常由散射體內半導體引起），這就是混合超材料。THz頻段范圍內可調超表面具有舉足輕重的地位。這主要是由于實際應用中缺乏THz技術。使用在微波和光子波段的器件，比如開關和調節(jié)器，并不能再THz范圍內使用。一個主要的挑戰(zhàn)在于找到在THz波段可調并有強的響應的天然材料。

眾多的實例證明THz超材料具有這種優(yōu)勢。THz超材料有利于更高的調節(jié)能力、簡單的工藝、低損耗和動態(tài)調控。第一個動態(tài)調控的實現(xiàn)是利用近紅外激光通過調節(jié)超表面基板的電導率來調節(jié)諧振響應。模型由銅開口環(huán)諧振器和高阻抗砷化鎵基板組成。激光照射之后，砷化鎵帶隙激發(fā)傳導電子，使其具有類金屬性質。這就使開口環(huán)諧振器的電容帶隙發(fā)生短路，以此調節(jié)器基礎諧振功能及改變超表面的宏觀響應。這個觀念可用短載流子壽命的半導體來展示，它可以實現(xiàn)極快的調節(jié)，開關功能可以在20ps實現(xiàn)。光控很快被電控所取代。這里，通過分子束外延生長出的適度參雜的砷化鎵層，其上排布金開口環(huán)陣列而形成一個肖特基結。超材料陣列被歐姆接觸環(huán)繞，以實現(xiàn)二次電連接。由于參雜的砷化鎵不足引起諧振，在自然狀態(tài)超表面沒有諧振。施加偏壓后，開口環(huán)在接近砷化鎵帶隙區(qū)域形成增大的耗盡區(qū)。這在開口環(huán)區(qū)域形成了一個絕緣的帶，重置了諧振效應，因此改變其宏觀特性。使用這種方法實現(xiàn)了調幅和相位調制，其中一個根據(jù)是Kramers-Kronig關系。盡管開口環(huán)諧振器應用存在窄帶寬的缺陷，但寬帶的調制是確實存在的。這是固態(tài)THz斬波器實現(xiàn)的起源，其可調制頻率達到30kHz，通常THz束受限于1kHz。這實例形象的闡釋了在室溫下調制THz波的改進。

別的許多THz調節(jié)器也通過可調諧超材料實現(xiàn)了。這包括頻率可調超表面，其中諧振頻率可在近紅外波段調諧。圖16所示為開口環(huán)結構里植入了硅元。其自然狀態(tài)下，硅是絕緣的，因此對于整個開口環(huán)結構來說其所增加的電容只有很小的數(shù)值。加入激勵光，半導體顯示器類金屬性質，開口環(huán)電容增加，由此導致諧振頻率降低。其中的創(chuàng)新點是，與以前的調諧不同，這種不需要損壞開口環(huán)。這既證明了可動力調諧諧振器，也使一種新的頻率調諧結構成為了可能，這種結構可以使寬帶THz入射波調制成1/2的頻率窄帶輸出。

可調THz超表面仍在新應用以及新結構上發(fā)展。調幅也被用在更精細的應用上如空間光調制和量子激光調制?？烧{超材料也可以用另外的方法來得到，比如MEMS，其中開口環(huán)制作在懸臂上使開口環(huán)可以通過溫度的改變來調節(jié)共振頻率。別的溫度調節(jié)方法也在研究。有一種是通過溫度改變半導體載流子濃度，然后可以在THz范圍來改變其電容率。制作在一個基板上的超表面可以作為一個溫度調控功能的應用。其他的方法中，二氧化釩也可以作為其基板。隨著溫度的變化，二氧化釩由金屬向絕緣體轉變，特別是其電介質特性的變化，由此也引起宏觀超材料共振的變化。有一種有趣的記憶超材料也由這種概念得以發(fā)展。這里，二氧化釩的磁滯特性使電介質特性溫度可調成為現(xiàn)實。制作在這種基板上面的THz超表面可以得到持久的共振頻率，可以制作成電磁響應記憶材料。

近來的研究，HTz超表面通過改變諧振器的環(huán)境可以實現(xiàn)動態(tài)調節(jié)，其實現(xiàn)是通過在超表面的表面鍍電介質層。這種想法可以用來實現(xiàn)遙感技術，因為超表面諧振器鍍電介質環(huán)境的改變非常敏感，特別是對于開口環(huán)帶隙處來說。這種觀念擴展到了微波頻率，流體也使用在了可調表面、生物分子感測和微波輔助化學方面。這將會在后面詳細的談到?？梢姽獬砻?/p>

提到這部分，我們僅僅談論到超表面在射頻、微波和THz的應用。很少有應用在可見光波段的超表面。在最近幾年，相對于射頻和微波頻率，可見光波段的超材料研究具有更大的魅力。在可見光頻率對材料實現(xiàn)自由的電磁控制使其可以解釋新的現(xiàn)象包括optical magnetism，負折射和超透鏡。在可見光頻率，由金和銀的納米結構激發(fā)的等離子諧振器提供了同時控制超材料的電矩和磁矩的方法。這種結構包括等離子納米結構、球粒、有縫金屬薄膜、金屬漁網(wǎng)結構和雙層或者單層開口環(huán)諧振器。由于其在可見光頻率的所具有的高吸收特性和等離子材料，可見光超材料與實際應用緊密的連接在一起。同樣的，克服等離子體損耗也被列上日程。這種結構在新的特性和器件方面展示出很強的活力，如可見光調制頻率選擇表面和受激輻射所產生表面等離子體的應用。另一可見光超材料、表面的研究是納米傳輸線。

受限于制作規(guī)模，可見光超材料常常會單層二維散射體陣列，也就是超表面。很多發(fā)表出來的關于可見光超材料的東西也就是期望的可見光超表面。如上述，應用體超材料須謹慎，廣義等效面條件為可大范圍的應用在可見光方面的二維散射體陣列提供了獨特的描述。由此，這也是一種描述超表面的更為合適的方法，而不是使用那些適合描述體材料的方法。

盡管大部分所謂的可見光超材料就是超表面，我們也要提及最近的實現(xiàn)真正3D可見光超材料的研究，其中體特性如介電常數(shù)、磁導率和折射率可以合適的并且唯一的確定。創(chuàng)新的制作技術如壓條發(fā)及堆垛法可以實現(xiàn)散射體的空間陣列。例如，有負折射率材料所制成的棱鏡已經(jīng)實現(xiàn)了光的負折射現(xiàn)象。用于可調表面、輔助化學及生物分子傳感器的微流體

超材料和超表面有一個缺陷，就是在期望的頻率范圍可使用的頻帶很窄。然而，這種缺陷在某種應用上也可以變成優(yōu)勢。有三種這樣的應用如流體調諧表面、微波輔助化學和生物分子傳感器。

9.1 流體調諧表面

超材料和超表面的高共振特性為這種結構提供了可調諧頻率響應。擾動超表面的電或磁響應可以實時的實施，由此可以改變材料的有效響應。在第2部分中提到可以通過改變磁偏場來改變球粒超表面的磁電介質的極化，在第7部分也提到了在THz頻段的應用。然而，許多超材料和超表面電磁特性從屬于其金屬的幾何結構。除了其幾何尺寸以外，這種金屬的極化率也受等離子諧振引起的電容或者感應特性的影響。電連接諧振器提供了一種直接控制電容響應的方法，通過電帶隙中材料的電特性來實現(xiàn)。一種實現(xiàn)這種控制的方法是使用不同的液體來填充縫隙。

圖17所示為一種電場耦合諧振器，所使用是流體調諧表面來使其運行在S波段（2.6GHz-3.9GHz），其尺寸如下：t=w=0.5mm, d=9.5mm, l=5mm, g=0.15mm.如果單元結構具有合適的導向，則這種單元結構很容易受入射波電場的激發(fā)。

制作在超表面上的單元結構具有以下誘人的特性：a 基于平面工藝，并由微波電路、聚乙烯和微流體管道組成，b 通過流體管道可以同時控制電容性縫隙，由此可以允許多種單元結構公用流體管道，c 可以使流體管道直接與單元結構的電容性縫隙接觸，這就有利于縫隙中激發(fā)的電場與流體管道的耦合。

圖18所示為一個3*6的方向陣列組成的流體調諧超表面。單元結構的周期是11mm。圖19所示為通過72 x 34mm S波段的波導激勵下的仿真響應。這個仿真是使用Ansoft HFSS實現(xiàn)的。

這種3x6陣列通過Duroid 6002 高頻壓制成0.017mm厚的銅板覆在0.508mm厚的基板上，可以用來研究流體調諧。流體管道由聚合物制成。聚合物管道通過氰基丙烯酸鹽粘合劑粘貼在超表面上。圖20a展示了一種有聚合物管道并穿過縫隙的超表面。圖20b展示了由金、玻璃和聚乙烯管道構成的另一種結構。

這個超表面陣列由填充了2/3波導區(qū)域的聚苯乙烯泡沫支撐，被用作超表面的把手可以方便其移動，可以更快的填充流體管道。之后波導的輸入和輸出就連接到矢網(wǎng)分析儀上來校準。經(jīng)過校準之后，我們測量了在波導2.6GHz到3.95GHz散射體的參數(shù)。這種方法對反射系數(shù)測得的不確定度是?|S11|?0.02。

管道中有沒有流體的測量可以用來定義傳輸共振。有著相對介電常數(shù)為81的去離子水被用來測超材料調節(jié)頻率的能力，在S波段其具有易操作、低揮發(fā)、高介電常數(shù)和低損耗。流體管道使用注射器填充。圖21是實驗中波導下的超表面。

圖22為其實驗結果。結果證明其在150MHz的調諧能力。具有代表性的是，在有和沒有流體填充時其反射發(fā)生了明顯的滑移，從3.75GHz到3.6GHz。對于圖19的仿真結果與圖中沒有填充水時結果的不一致估計來源于工藝錯誤。另外，附加的噪聲擾動也來源于工藝的不均性及周期誤差，還有來源于管道與超表面粘結出產生的干擾。將來，工藝方面的進展將會減小這種誤差。

此外，除了這種流體調諧作用，通過改變管道中流體而改變共振特性也是一種新的方法。這種方法以及應用在了制造業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥和化學工程。超材料或超表面在感測和影響的應用將會在后面做更細的論述。

9.2 微波輔助化學

處在諧振狀態(tài)的超薄膜可以在單元結構里存儲電磁能。這種特性可以用來增加電磁場與流體管道中流體之間的相互作用?，F(xiàn)在有很多研究將微波能量來催化化學或者生物反應，其中有許多是得益于超薄膜來增加電磁場與流體的相互作用。這里所說的超薄膜方法對于反應來說非常重要，這種方法是通過控制反應物的流動來控制其化學反應，流體中的能量可以通過調節(jié)電磁波的頻率和能量來控制。由于超薄膜陣列的諧振頻率可以通過單元結構的形狀和排列來調控，有不同諧振頻率的不同超薄膜可以通過單一波導的不同頻率來產生激勵。上面所說的超表面結構可以證明流體調諧性，也被研究用于集中波導的電磁場。

S頻段波導產生激勵時在波導中對電磁場強度做了仿真。每輸入1W3.29GHz波源，其中所計算的最大場強是800V/m。將超表面放入同一個波導中心，最大場強達到125000.這就加強場強至少有兩個量級，對于吸收增強了至少四個量級。圖23展示了處于單元結構中心的電場結構。

圖23所示電場結構證明了超材料結構在精確傳輸電磁能量方面的能力。上面所說的流體調諧超材料明確的證明了流體管道與組成超表面單元結構縫隙的相互作用。由此可以想象得到這種覆有流體網(wǎng)絡的超表面通過流體管道可以用于精確傳輸微波場，這可以用于輔助化學反應。

9.3 生物傳感器應用

上面所說的流體調諧超材料可以擴展到實現(xiàn)高的諧振頻率以及小片結構的傳感應用。單一單元結構可以實現(xiàn)一種環(huán)形或者網(wǎng)格超材料，這可以制作小巧傳感器以用于醫(yī)藥應用，在液體中計算細胞數(shù)或者監(jiān)測反應。圖24就是這樣的一種例子。兩個開口環(huán)連接在一起成一種共面波導結構。單元結構縫隙處連接一個流體管道，用來調節(jié)對單元結構電容的影響。通過改變管道中液體的電磁特性，可以調諧共面波導結構的傳輸特性。

圖25是這種結構的仿真結果，流體的相對介電常數(shù)從81變到58.當流體改變時，反射系數(shù)滑移幾十個MHz。這種通過使用一種流體管道來影響諧振特性的能力使小巧傳感器的實現(xiàn)成為了可能，這種傳感器可以應用于生物傳感比如計算細胞數(shù)或者流體的細節(jié)。未來或許會實現(xiàn)這種類型的傳感，定義電容率的微小變化以及使用儀器計算微粒。同樣，別的類型的小巧傳感器也將會繼續(xù)研究，這將對綜合的傳感器件發(fā)展有莫大好處?，F(xiàn)行的研究主要在將這種概念應用在流體中測定和計算微粒，如白細胞數(shù)。

結論

超表面是3D超材料的另一種補充。由于二維超表面的特性可以使其占用更少的物理空間因此可以有更小的損耗。我們指出有效特性模型可以適合于三維超材料，同時對于超表面和超薄膜來說，有效表面電、磁極化率會有更合適的效果，其中這些表面電、磁特性與組成超表面的散射體密切相關。在這篇文章中我們討論了從微波到可見光波段超表面的不同應用。所談及的應用只是現(xiàn)實的小小的小部分。同時提出了一些超材料可以使用的新的方面，并為超表面在新領域的應用打開了希望的大門。這里提及的分析工具使我們可以在新的應用中對建模、分析和生產有了可用之法。

那么什么是一維超材料呢？二維超表面的概念可以延伸到一維，僅僅使用線性單元而不是方形或者其他形狀，也就是說僅僅使用一種單一的亞波長諧振結構來實現(xiàn)期望的效果。實際上，這種概念已經(jīng)有了一些新的應用。具有代表性的應用是一種使用單元結構設計的電力小巧天線。在這個天線應用中，單元結構充當天線的輻射元件的一個寄生元件，可以用來將電力小巧輻射單元與傳輸線和自由空間。納米微粒同樣用于所謂的調諧可見光納米天線。另一個例子是將一維單元結構用作平面?zhèn)鬏斁€的調諧結構，就像圖24所示的傳感器一樣。另一種新興的應用領域是將一種一維納米微粒鏈用作波導來支持表面波。

然而更多的工作需要繼續(xù)來加強對超材料和超表面的理解、分析、設計以及制作技術，我們看到近些年超材料和超表面的發(fā)展帶我們走近了一百多年前Lamb,Schuster,Pocklington所作出的預言。這些材料發(fā)展永遠的改變了射頻、微波、可見光和光子在未來的應用。

第三篇：超實用稱謂翻譯

超實用稱謂翻譯大全 常用稱謂

校長（大學）President eg：president of Beijing University 校長（中小學）Principal /Headmaster eg:principal/headmaster of Fudan Middle School 院長（大學下屬）Dean eg:dean of the Graduate School 系主任（大學學院下屬）Chair/Chairman eg:chair/chairman Department 會長／主席（學／協(xié)會）President eg:president of the Student Union, Shanghai University

of

the

English 廠長（企業(yè)）Director eg:director of the Machine Tools Manufacturing Plant 院長（醫(yī)院）President eg:president of Huashan Hospital 主任（中心）Director eg:director of the Business Center 主任（行政）Director eg:director of Foreign Affairs Office 董事長（企業(yè)）President／Chairman eg:president/chairman of the Board of Directors 董事長（學校）President／Chairman eg:president/chairman of the Board of Trustees “總”字開頭怎么翻？ 總書記 general secretary 總工程師 chief engineer 總會計師 chief accountant 總建筑師 chief architect 總編輯 chief editor;editor-in-chief;managing editor 總出納 chief cashier;general cashier 總裁判 chief referee 總經(jīng)理 general manager;managing director;executive head 總代理 general agent 總教練 head coach 總導演 head director 總干事 secretary-general;commissioner 總指揮 commander-in-chief;generalissimo 總領事 consul-general 總監(jiān) chief inspector;inspector-general；chief impresario 總廚 head cook;chef

“副”又怎么翻？

副總統(tǒng)（或大學副校長等）vice president 副主席（或系副主任等）vice chairman 副總理 vice premier 副部長 vice minister 副省長 vice governor 副市長 vice mayor 副領事 vice consul 副校長（中小學）vice principal 副研究員 associate research fellow 副主編 associate managing editor 副編審 associate senior editor 副審判長 associate judge 副研究館員 associate research fellow of...(e.g.library science)副譯審 associate senior translator 副主任醫(yī)師 associate senior doctor 副總經(jīng)理 assistant / deputy general manager;assistant / deputy managing director 大堂副理（賓館）assistant manager 副校長（中小學）assistant headmaster 副書記 deputy secretary 副市長 deputy mayor 副院長 deputy dean 在簡歷中要求寫曾經(jīng)獲得的榮譽稱號，但不知道怎么翻譯，下面來看一些榮譽稱號怎么翻譯

榮譽稱號(honorary title)學習標兵 student pacemaker;model student 勞動模范 model worker 模范教師 model teacher 優(yōu)秀教師 excellent teacher 優(yōu)秀員工 outstanding employee;employee of the month / year 青年標兵 model youth / youth pacemaker 青年突擊手 youth shock worker 三好學生 “triple-A” outstanding student;outstanding student 三八婦女紅旗手 “March 8th Red Banner” outstanding woman pacemaker

第四篇：治超論文

淺論超限運輸檢測的實踐與思考

【摘要】道路運輸是一個系統(tǒng)工程，要從社會經(jīng)濟、道路工程和管理上統(tǒng)籌兼顧,要從社會經(jīng)濟、法律法規(guī)、道路工程和管理上統(tǒng)籌兼顧。超載超限運輸現(xiàn)象在各干線公路上均非常普遍,據(jù)統(tǒng)計80%以上的裝載貨車超載,70%以上的中、重型裝載貨車超限,超載超限運輸對道路與橋梁、交通安全以及環(huán)境等產生很大的危害性。要解決好公路車輛超載超限運輸問題,創(chuàng)造安全、有序的道路交通環(huán)境,必須針對導致超載超限運輸產生的根本原因,進行綜合治理。了解公路運輸現(xiàn)狀，以及存在的問題、原因，說明超限運輸?shù)奶攸c，依據(jù)提出的問題，分析原因，給出解決問題的措施。

【關鍵詞】 道路運輸； 超載超限；特殊性； 治理；

眾所周知，公路是我國經(jīng)濟發(fā)展重要的基礎設施。但進年來，由于超限超載運輸車輛不斷增多，致使道路、橋梁的使用壽命大大縮短。調查表明，超限車輛損壞路面的程度，在瀝青路面上與汽車軸載重量4次方成正比，在水泥路面上與軸載重量的16次方成正比。車輛嚴重超限可造成瀝青路面壽命縮短40%，水泥混凝土路面壽命縮短50%。致使設計使用年限為20年的高等級路面三五年內就出現(xiàn)大面積損壞，1 需要進行大修。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國公路每年因車輛超限造成的經(jīng)濟損失達300億元以上。可見，治理超限超載運輸任務艱巨，意義重大。

一、超限運輸?shù)默F(xiàn)狀

（一）治超工作的法規(guī)建設不健全。從治超工作以來，上級主管部門制定了較為完善的治超工作制度，經(jīng)過各級的積累和完善，制度建設相對完備，但是，我們要清醒地認識到，要建立治超工作的長效機制，我們必須加大治超法規(guī)建設步伐，在目前情況下，我們省地方行政和立法部門，應盡快建立一套較為完備的治超工作法規(guī)體系。

（二）治超人員的業(yè)務能力和執(zhí)法水平有待提升。個別執(zhí)法人員熱情不夠積極，業(yè)務能力不夠熟練，有時對于司乘人員提出的相關疑問，未能及時準確、清晰的給予解答，給治超普法宣傳帶來了一定的負面影響。

（三）執(zhí)法人員自身存在的安全威脅依然突出。治超工作開展以來，我省先后有多名治超人員犧牲在治超執(zhí)法崗位上。從治超工作開展至今，全國有多名治超人員，因司機毆打和沖撞治超檢測站致傷或致殘。如果這一問題得不到很好解決，勢必影響治超工作向縱深發(fā)展。我站治超工作開展以來，極少數(shù)駕駛員對治超工作采取不合作的態(tài)度，拒不接受 2 執(zhí)法人員的檢查，甚至出現(xiàn)對執(zhí)法人員謾罵、圍攻、沖卡等現(xiàn)象，威脅到治超執(zhí)法人員的人身安全。

（四）治超檢測系統(tǒng)設計不合理。檢測儀精確度不穩(wěn)定。車主經(jīng)常對其精確性提出質疑，給治超工作帶來極大的不便，影響了工作效率。

二、超限運輸?shù)某梢?/p>

造成超限運輸?shù)脑蛑饕幸韵聨讉€方面：

（一）利益趨勢，無視國家法律

運輸企業(yè)為了最大限度的減少運輸成本，賺取更多的經(jīng)濟利益，無視國家法律法規(guī)，擅自改裝車輛，增加車廂長度，增高車廂高度，增加車軸鋼板等措施，增加汽車的裝載量。另外，部分運輸業(yè)主競相殺價，多拉快跑，減少車次，通過增加運量來維護自身企業(yè)的利益，形成惡性競爭，致使道路損壞嚴重。

（二）政出多門，監(jiān)管不力

由于我國目前治理超限超載還沒有形成統(tǒng)一的管理部門，超載的執(zhí)法主體是公安，超限的執(zhí)法主體是交通。管車的不管路，管路的不管車，兩套班子，兩套人馬，在一定程度上影響了管理效率，成為治理超限超載的一大障礙。

三、超限超載治理過程中存在的問題

通過全國七部委聯(lián)合開展集中治理超限超載，結合許多省市實施計重收費，運用經(jīng)濟手段和行政手段相結合綜合治理，取得了一定成效。但其治理過程仍存在一些問題：

（一）“治超”費用較高

現(xiàn)行的治超模式是依托原有收費站和治超站，結合計重收費、治超檢測、勸返、卸載、罰款相結合的模式，這種“治超”模式的費用主要體現(xiàn)在以下方面：

設備費用：計重收費的主要功能部件由稱重系統(tǒng)[1]、軸類型識別器、紅外分車器以及收費工控機四部分組成，收費公路為將現(xiàn)有收費系統(tǒng)改造為計重收費系統(tǒng)，需要安裝計重設備、改造現(xiàn)有收費臺、那么總費用包括以上安裝計重設備的費用、改造現(xiàn)有收費臺的費用及與此相關的其他費用支出。

運行及維護費用：我國地域遼闊，不同區(qū)域差異大，計重及檢測系統(tǒng)所受的影響也不盡相同。雖然我國有大批稱重設備的生產廠家，但設備的精度，設備的后續(xù)服務等都要花費一定的運行及維護費用。隨著我國公路里程的不斷延伸，計重收費用及檢測點的數(shù)量還須進一步增加。設備及運行和維護費用也會增加。

人員費用：據(jù)不完全統(tǒng)計，統(tǒng)一治超期間，上路檢查的執(zhí)法人員在2萬人左右，執(zhí)法人員的工資、補助等費用也是一筆不小的支出。還有許多地方，開展源頭治超工作，執(zhí)法人員進駐大型貨源企業(yè)及站點，有些貨源大縣點多、面廣、線長，需要執(zhí)法人員會更多。

其他費用：因體制和利益關系，現(xiàn)行的治超模式對跨省長途運輸?shù)耐暾^程分段檢測、繳費、通行。無形中增加了運輸業(yè)戶在各收費站點的停車等候等額外費用；部分車流量大的收費站點因交通擁堵造成貨運汽車滯留的費用等。

（二）交通擁堵隱患依然存在

“治超”懲戒的重點是惡意超限超載車輛，對超限超載部分按正常費率多幾倍的征收[2]，同時必須就地卸載和接受相關處理；未卸載的車輛禁止繼續(xù)上路行駛。但同時因卸載和接受相關處理需要大量的時間、人員和場地，而道路交通流量有一定的隨機性，因此可能會引發(fā)交通擁堵的后果，甚至會嚴重擁堵。這種擁堵主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面是高速公路本身的堵車；另一方面是引起道路交通負荷不均衡性堵車，如2004年10月安徽高速公路實行計重收費后，很多大型掛車便走還沒有實行計重收費的國道，造成高速公路車流量下降，國道出入口車流量的增加，引發(fā)國道出入口堵 5 車。類似現(xiàn)象在全國其他省市也不同程度存在。

（三）鞏固“治超”成果難度增加

現(xiàn)行的治超模式重心是在路上查、堵，把矛盾的焦點集中在治超站，一旦治超站稍有放松，極易出現(xiàn)反彈，這也是目前治超面臨的難題之一，治超成果難以鞏固。主要體現(xiàn)在：

短期集中聯(lián)合執(zhí)法，九部門合作是可以實現(xiàn)的，但難以長期堅持。而且這種執(zhí)法必須每天24小時不間斷，一旦出現(xiàn)盲區(qū)，運輸經(jīng)營者就會找到漏洞，視機超限超載上路。

治超工作對一線員工的忍耐性和細心性也是一種考驗，整天面對形形色色的司乘人員和車輛，工作的全部就是查檢和測量，技術含量不高，再加上目前對人員提升和考核的政策還處于研究狀態(tài)。使工作人員難以看到個人的長遠發(fā)展空間，所以長期在這一崗位上工作，一線員工難免覺得乏味和枯燥，對工作的熱情和積極性難以長期保持。

四、國外治理超限超載借鑒

我國的治超工作可以追溯到上世紀80年代。1989年，交通部制定了《超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定》，但由于種種原因，治超工作持續(xù)了一年后就終止。1997年，《中華人民共和國公路法》頒布實施，全國又掀起了一輪治超的高潮。2000年和2001年，交通部和公安部分別進行了為期一 6 年的超限超載治理活動，雖然都取得了一定成效，但都沒能徹底解決超限超載的問題。

貨運車輛超限超載并不是中國獨有的現(xiàn)象，縱觀歐美國家治理運輸車輛超限超載的手段，我們可以得到很多有益的啟示。在此以美國為例，1999年美國聯(lián)邦公路管理局(FHWA)對各州超載1814.4 kg違規(guī)車輛罰款的情況進行了統(tǒng)計，可以將其治超策略可分為四類：第一類是將小額罰款與高密度執(zhí)法檢查策略相結合，該類執(zhí)法特點是執(zhí)法頻度高，但處罰力度不大，因而執(zhí)法成本較高；第二類是將高密度的執(zhí)法檢查與高額罰款策略相結合。這類執(zhí)法適用于超載現(xiàn)象比較嚴重的時期，一般不會長期堅持；第三類是將小額罰款與小密度的執(zhí)法檢查策略相結合，該類執(zhí)法頻度不高，處罰力度也不大，適用于超載現(xiàn)象不很嚴重的地區(qū)；第四類是將低密度的執(zhí)法檢查與高額罰款策略相結合，該類執(zhí)法正好和第一類相反，執(zhí)法頻度不高，但處罰力度大，起到殺一儆百的效果。由于執(zhí)法密度不高，駕駛員可能存在僥幸逃脫心理，但一旦被發(fā)現(xiàn)，則施以重罰，這類執(zhí)法人員少、成本低。此統(tǒng)計分析結果表明：加大車輛超載執(zhí)法檢查密度和增加罰款額度對制止超載行為有類似的效果。

五、主要對策

針對上述存在的幾個方面的問題，總結公路治超的經(jīng)驗和教訓，我們在認真思考的基礎上，提出如下對策：

（一）必須加快治超工作法制化建設的步伐。目前，治超工作已經(jīng)進入了攻堅階段，建議我省應該立足于公路自我發(fā)展的實際，從長效機制建立的角度出發(fā)，進一步建立健全更具有操作性的地方性治超法規(guī)制度，使治超工作有法可依，有法必依，執(zhí)法必嚴，違法必究。

（二）必須加大治超隊伍正規(guī)化建設的力度。要嚴肅治超隊伍進出的紀律和進入門坎，建議上級職能部門加大公開招聘力度，把一些政治素質強、作風紀律嚴、業(yè)務素質精的大學生和部隊轉業(yè)復退軍人吸收進來，促進治超隊伍整體素質躍升。

（三）必須加大治超隊伍業(yè)務培訓的力度。各級要把治超隊伍建設當作當前及一個時期的重中之重來抓。要充分采取“請進來，派出去”的辦法，依托院校和相關培訓機構，加大資金投入，培養(yǎng)一批真正能打硬仗，敢打硬仗，能打勝仗的治超隊伍。

（四）標本兼治，綜合治理

治理超限運輸是一個系統(tǒng)工程，僅僅依靠交通部門一家很難徹底解決，需要相關部門共同努力。要堅持專項治理與 8 源頭治理相結合，堅持部門聯(lián)手與區(qū)域聯(lián)動相結合，堅持經(jīng)濟處罰與人性化管理相結合。交通部門與公安部門要各司其職，嚴格執(zhí)法，取締非法改裝車的企業(yè)，取消超限車的運營資格等源頭治理措施，加大治理力度，形成齊抓共管、綜合治理的局面。

（五）加強宣傳

通過積極宣傳，營造良好的輿論氛圍。使運輸企業(yè)主及時了解關于運輸管理的法律、法規(guī)，使廣大的人民群眾增強對超限超載運輸危害性的認識，爭取社會各界的支持和理解，使治理超限運輸深入人心，在全社會形成治理超限超載運輸?shù)牧己梅諊?/p>

近年來，《中華人民共和國公路法》、交通部2號令《超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定》等公路交通法律法規(guī)相繼頒布實施，使治超管理工作逐步走上了科學化、規(guī)范化、法制化的軌道。隨著治超執(zhí)法機構的日益健全，治超執(zhí)法行為的進一步規(guī)范以及治超執(zhí)法人員隊伍素質的不斷提高，對公路的日常管理發(fā)揮了重要作用。

六、超限治理工作的思考

近年來，公路基礎設施建設有了長足的發(fā)展，公路建設步伐明顯加快，然而與公路建設相比，公路治超管理工作相 9 對滯后，不少地方在認識上對公路治超管理遠沒有像公路建設那樣重視。還存在著許多問題，這些問題的發(fā)生和存在，給以后公路的使用和管理帶來了諸多困難。

為了充分認識治超管理工作的重要性和緊迫性，扎實有效地開展治超管理工作，不斷提高公路治超管理水平。筆者認為，應從以下六個方面抓好公路治超管理工作。

一是堅持依法行政，規(guī)范執(zhí)法行為，增強文明服務意識。首先，各級治超執(zhí)法人員要認真學習公路法律、法規(guī)和治超管理業(yè)務理論，積極參加省、市公路交通部門舉辦的治超執(zhí)法人員培訓班，掌握業(yè)務知識，增強執(zhí)法素質和執(zhí)法能力；其次是治超人員在行使依法治路、保護路產、維護路權職責過程中，要自覺地維護黨和政府的威信，樹立公路行業(yè)良好風氣作為“形象工程”來抓；第三是要認真按照《交通行政執(zhí)法五個規(guī)范》的要求，秉公執(zhí)法，熱情服務；第四是治超人員必須規(guī)范執(zhí)法行為，按照規(guī)定著裝，佩載行政執(zhí)法證件，亮證執(zhí)法，文明執(zhí)法，堅持把文明用語和執(zhí)法行為是否規(guī)范，納入治超執(zhí)法人員考核內容之中。

二是認真宣貫、《公路法》、《規(guī)定》和《辦法》等公路交通法律法規(guī)，為治超管理工作創(chuàng)造良好的外部環(huán)境。新的形勢、新的要求需要我們加大對〈公路法〉、〈規(guī)定〉和〈辦 10 法〉的宣貫力度，按照省市交通部門的總體部署，使宣傳活動既轟轟烈烈，又扎扎實實，把公路法規(guī)宣傳到千家萬戶，家喻戶曉，人人皆知。在不斷鞏固宣貫成果的基礎上，把每年三月作為“公路法規(guī)宣傳月”，做到有規(guī)模、有影響、有聲勢，進一步優(yōu)化公路治超管理工作環(huán)境。

三是對治超管理人員進行思想、組織、作風、紀律等方面的整頓。思想整頓，重點解決執(zhí)法意識和執(zhí)法宗旨的問題；組織整頓，主要檢查治超人員是否具備執(zhí)法資格和執(zhí)法主體是否符合法律、法規(guī)要求的要求；紀律整頓，堅持杜絕有法不依、執(zhí)法隨意的現(xiàn)象；作風整頓，檢查是否做到“兩公開，一監(jiān)督”，制止和杜絕吃拿卡要現(xiàn)象，執(zhí)法行為是否規(guī)范，執(zhí)法態(tài)度是否文明等。要結合實施，認真搞好自查自糾，對違反執(zhí)法紀律，情節(jié)嚴重，影響極壞的執(zhí)法人員要堅決注銷執(zhí)法資格，調離執(zhí)法崗位。通過整頓，增強執(zhí)法人員的責任感和使命感，樹立依法行政，執(zhí)法公正和有法必依、依法必嚴、嚴明執(zhí)法作風，建立一支高素質的治超執(zhí)法隊伍。

參考文獻

［1］《中華人民共和國公路法》 ［2］《公路安全保護條例》

［3］《超限運輸車輛公路行駛管理規(guī)定》

第五篇：宋超論文

我的班主任之“旅”

中國近代教育家陶行知說過一句話：你要想當好先生，先要當好學生；你當好學生了，你就當好先生了。當好學生的意思就是說要向學生學，學什么？先要了解他，了解他的內心，知道他在想什么。我們不知道他在想什么，我們怎么能教育好他呢？看到這句話，我就會浮想聯(lián)翩。

（一）對待學生，該這樣想：

假如，我是孩子；

假如，是我的孩子?！?/p>

每每想到這句話，我仍然感動，因為話語中對學生真誠的愛足以讓人震撼！也讓我明白了，一名出色的班主任，不僅要教藝精湛，有敬業(yè)精神，更重要的是要有情感的投入，要懂得人性、人道和人情。

我們當中有很多班主任，用自己的愛心贏得了學生一輩子的尊重。然而，我實在說不清，自己曾經(jīng)有多少次不經(jīng)意的冷冰冰且略帶嘲諷的話語留給這些陽光少年永恒的記憶的將會是什么，但我知道愛因斯坦曾說過：“過了若干年以后，那些教的知識都忘了，留下的東西才是教育?！痹诖?，希望各位老師和我一起銘記：少一些不必要的沖動，多一些真誠的愛心，收獲的將是幸福和快樂！

（二）“班級是一個家，班主任和學生都是家中的成員?！睆倪@句話中，我們可以讀出了兩個字：平等。班主任與學生在認知能力、知識水平上暫時存在差異，但人格上是平等的。我們有一個共同的優(yōu)點：能夠聽取學生意見；不輕易指責學生；班級里充溢著平等、民主的氛圍，平等，還體現(xiàn)在班主任對班級事務和活動的參與和熱情投入。“樂，與學生同樂；苦，與學生同苦！”在春季運動會上，當看到我們班的4*100米接力獲得冠軍時，我們師生同雀躍，同吶喊，仿佛我又回到了童年。當我們班級獲得“總分第一“時，我們揮臂吶喊，擊掌慶賀。嗓子啞了，孩子們送上了”金嗓子喉寶“，苦在嘴里，樂在心里。當我走進教室，遇到地上有紙屑、講桌凌亂，如果教室里同學都在學習，那么我自己彎彎腰、動動手、擦一擦，學生會看在眼中，自然會潛移默化，在無形中形成一種自我約束力，模仿著為班級做一些力所能及的事，會取得事半功倍的效果，切莫亂批評指責，然后指手畫腳一番?！昂捌粕ぷ樱蝗缱龀鰳幼印?。這真是：“其身正，不令則行；其身不正，雖令不從?！蔽蚁?，一個班主任只有從心底愛班級這個家，平等地愛這個家中的每一個成員，學生才會真正感受到家的溫馨，這個班級才能在和諧中不斷的進步。

（三）“難為情，而不難堪，是教育的?度 ??！?/p>

談愛心，講平等，并非凡事都遷就、順從學生。前蘇聯(lián)著名作家高爾基說過：愛孩子，那是連母雞都會做的事，怎樣教育他們卻是一件大事。所以，我們光有愛不行，沒有愛不行。我們要懂得愛的科學，愛的技巧。“愛自己的孩子是本能，愛別人的孩子是神圣。而教師所從事的工作就是一份神圣的工作，因為我們是在愛著別人的孩子。而在神圣當中又有高尚之人，什么人配得上是高尚之人呢？他們不僅愛那些長得好看的、成績好的，還愛那些長得丑的、成績差的學生。這樣的老師，他不僅是神圣，而且是神圣中的高尚之人?？梢哉f是上乘之人?！蔽蚁脒@就是所謂的老師中“精品”吧！因此，適度的、讓學生難為情而不難堪的批評既有利于學生的成長，也有利于班級的管理。關于批評，我有兩點建議：一是不輕易忽視第一個犯錯誤的同學，二是可嘗試采用“退三進一”式批評方法，即在批評學生一個缺點的時候，不妨先表揚他的三個優(yōu)點。這樣，批評會讓學生心悅誠服。

（四）“對的，不一定是合適的?！? 很顯然，這句話講的是“方法”。

“對的，不一定是合適的。”有一個極端的例子：一個孩子剛出生，有人說他將來做官，也有人說他將來發(fā)財，家人聽了很高興。可是另一個人說了一句真話：他將來一定會死的。結果，可想而知，此人被痛打了一頓。這個極端的例子給了我們教育者一個啟示：教育學生時，有些真言是對的，但學生在感情上不接納你。

我們平時教育學生要孝敬父母，可我們的苦口婆心，大呼可憐天下父母心，反復渲染孝敬老人是中華民族的傳統(tǒng)美德，學生們可能仍是無動于衷，甚至會小聲嘀咕。我有一次在班級里也談孝敬父母，卻改變了空洞說教的方法，給學生講了個故事：一天，一位年邁的老爺爺和他的成年的兒子走在路上，老爺爺看到前方樹上有鳥，問兒子：“樹上是什么？”兒子說：“烏鴉?！边^了一會兒，老爺爺又看到前方樹上有鳥。又問兒子：“樹上是什么？”兒子不耐煩的說：“烏鴉！”后來，前方又出現(xiàn)了棲息著鳥兒的樹，老爺子再次問兒子：“樹上是什么？”兒子急了：“我不是說過了嗎？是烏鴉！真啰嗦！”老爺子不再說話了。到了家里以后，老爺子用一雙抖抖索索的手從抽屜里拿出一本已經(jīng)發(fā)黃的日記，兒子翻過一看，這是自己小時候父親寫的日記，上面寫著：今天我?guī)е鴥鹤尤ネ?，兒子連續(xù)問了幾次樹上的鳥兒是什么？我高興地告訴他“是烏鴉”。兒子長大了，會問了，我真幸福！看到這里，兒子哭了，抱住年邁的老父親，說：“爸，您盡管問吧，樹上的鳥兒是烏鴉！”這個故事講完，教室里很安靜，學生的感受可想而知。

“對的，不一定是合適的。”講究方法，選用適當?shù)姆绞教幚韺W生中的棘手問題，也時會產生異想不到的效果。

學生正值青春期，早戀現(xiàn)象并不鮮見?？吹接羞@樣一個資料：有個初三男同學，給本班一名女同學遞了一張表達愛意的紙條，遭到了拒絕。于是，整天趴在桌子上萎靡不振。班主任看穿了他的心思，試著走近他。偶然間，班主任老師在課桌上發(fā)現(xiàn)了他寫的一張字條，上面寫道：

天涯何處無芳草，何必只在本班找。

本來人數(shù)就緊張，何況質量又不好。

老師一看，還挺押韻的，于是，拿過一張紙，也寫了一首：

天涯何處無芳草，何必急著現(xiàn)在找。

本來學習就緊張，何況年齡又很小。

學生向老師會意一笑之后，重新振作了起來。試想，如果我們火冒三丈，立刻將家長請來，把孩子狠狠訓斥一頓，會是怎樣的結局呢？

班主任幾乎每一句話都可能是對的，但不一定是合適的。各位，遇到偶發(fā)事件一定要三思而后行！

只要我們每一個老師都有一顆愛心，這愛心里有包容、有理解、有更多的責任，相信一切都會更加美好！

我期待，老班主任甩掉包袱，多一點創(chuàng)新意識，少一點經(jīng)驗主義；新班主任盡情揮灑自己的青春活力，通過創(chuàng)造性工作張揚個性、展現(xiàn)自我，在這幅美麗畫卷上寫下重重的一筆