近日，東北大學王強教授團隊在太陽能光熱利用寬頻吸波超材料領域取得重要研究進展。相關成果以Ultra-Broadband Perfect Absorbers Based on Biomimetic Metamaterials with Dual Coupling Gradient Resonators為題被國際權威學術期刊Advanced Materials（影響因子27.4）以封面文章重點報道。東北大學為該論文的第一作者單位，東北大學冶金學院博士研究生任志宇為第一作者，劉曉明副教授與王強教授為共同通訊作者。

圖1 論文封面圖及首頁

寬頻吸波超材料可以在太陽能光譜波段對全向和全偏振入射電磁波實現近乎完美的吸收，在太陽能收集系統、熱發射器、紅外成像、傳感器和光電探測器等領域具有重要的應用價值。傳統的電磁吸波超材料通常采用在平面方向或者垂直方向疊加具有不同吸收頻率的諧振單元來實現電磁響應位點的擴寬和吸收峰的疊加，這勢必導致吸收強度的降低和制備工藝的復雜。

王強教授團隊提出了一種梯度諧振器的MIM超材料（GR-MIMs）設計概念，通過仿生結構耦合形成微納兩種維度的梯度諧振器結構，突破了超材料設計中不同諧振單元數量上的限制，將“共振點”轉化為“共振帶”，實現了諧振單元共振頻率的連續響應（圖2）。通過對MIM結構梯度化設計，200 nm厚的GR-MIMs在0.2——5 μm波段平均吸收率高達93%，展現出優異的寬頻吸波性能。由于GR-MIMs的中心對稱和強側向散射機制，GR-MIMs實現了寬入射角度和極化不敏感吸收的光譜特性。GR-MIMs吸收體的太陽光譜吸收率可達94.5%，在太陽能利用，海水淡化，光熱除冰等領域具有廣闊的應用前景。

圖2 雙耦合梯度諧振腔超材料結構(a)吸波機理示意圖(b)光譜特性示意圖(c)