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針對高溫環(huán)境下電磁波吸收材料的技術(shù)瓶頸，火箭工程大學(xué)智劍實(shí)驗(yàn)室王龍副教授研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了一種梯度阻抗匹配設(shè)計(jì)和多尺度協(xié)同損耗機(jī)制融合的解決方案。通過粉末擠出打印（PEP）技術(shù)，成功制備了扭轉(zhuǎn)體碳化硅超材料。相關(guān)研究成果以題為“Broadband, Wide-Angle, and High-Temperature Microwave Absorbers Enabled by 3D-Printed Torsion SiC Metamaterials”發(fā)表于《Thin-Walled Structures》。火箭工程大學(xué)博士生楊理鈞為論文第一作者，王龍副教授與汪劉應(yīng)教授為共同通訊作者。

研究背景

隨著無線通信和雷達(dá)探測技術(shù)的快速發(fā)展，電磁干擾問題日益突出，對高性能電磁波吸收材料的需求愈發(fā)迫切。尤其在高速飛行器、深空探測等極端環(huán)境中，材料需同時(shí)承受高溫氧化、劇烈熱沖擊等嚴(yán)苛條件，這對電磁波吸收性能的可靠性和穩(wěn)定性提出了更高要求。傳統(tǒng)吸波材料因帶寬有限、角度敏感性強(qiáng)、高溫性能退化嚴(yán)重等問題，難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。因此，開發(fā)兼具超寬帶、寬角度吸收特性和高溫穩(wěn)定性的新型電磁波吸收材料，成為當(dāng)前研究的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

內(nèi)容簡介

針對高溫環(huán)境下電磁波吸收材料的技術(shù)瓶頸，火箭工程大學(xué)智劍實(shí)驗(yàn)室王龍副教授創(chuàng)新性地提出了一種梯度阻抗匹配設(shè)計(jì)（結(jié)合階梯結(jié)構(gòu)、三周期極小曲面和蜂窩結(jié)構(gòu)特性）和多尺度協(xié)同損耗機(jī)制融合的解決方案。研究團(tuán)隊(duì)通過粉末擠出打?。≒EP）技術(shù)，成功制備了扭轉(zhuǎn)體碳化硅超材料。該材料通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料性能的協(xié)同優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了以下突破性性能：

• 超寬帶吸收：在2-40 GHz頻段內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了32.87 GHz的有效吸收帶寬、11.97 GHz強(qiáng)吸收帶寬（RL < -10 dB）及-57.15 dB的強(qiáng)反射損耗；

• 寬角度穩(wěn)定性：在0°-60°入射角范圍內(nèi)，EAB始終超過30 GHz，且對TE和TM極化波均表現(xiàn)出低敏感性；

• 高溫適應(yīng)性：在900°C高溫環(huán)境下，仍保持25.65 GHz的有效吸收帶寬，質(zhì)量穩(wěn)定性優(yōu)異，解決了傳統(tǒng)材料高溫性能驟降的難題。

這種創(chuàng)新性設(shè)計(jì)通過梯度阻抗匹配與多損耗機(jī)制協(xié)同（界面極化、導(dǎo)電損耗、結(jié)構(gòu)共振），實(shí)現(xiàn)了電磁波的高效衰減。此外，該材料采用一體化3D打印成型工藝，突破了傳統(tǒng)陶瓷復(fù)雜結(jié)構(gòu)加工的局限性，為高集成度耐極端環(huán)境隱身材料的開發(fā)提供了新范式。

圖片解析

圖1：扭轉(zhuǎn)超材料吸收器的制作過程示意圖。

圖2：扭轉(zhuǎn)超材料的原理圖和透視圖。

圖3：材料微觀表征與電磁參數(shù)分析。

圖4：碳化硅的吸波性能。

圖5：扭轉(zhuǎn)超材料結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)與寬頻吸收特性。

圖6：扭轉(zhuǎn)超材料寬角域吸波特性。

圖7：扭轉(zhuǎn)超材料的高溫吸波性能。

圖8：扭轉(zhuǎn)超材料的吸波性能對比。

圖9：扭轉(zhuǎn)超材料仿真的電場幅值分布和功率損耗密度。

圖10：碳化硅的扭轉(zhuǎn)超材料吸收器的電磁波吸收機(jī)制示意圖。

主要作者介紹：

王龍副教授（通訊作者）：火箭軍工程大學(xué)智劍實(shí)驗(yàn)室，副教授，博士生導(dǎo)師。主要從事先進(jìn)功能材料與隱身技術(shù)研究工作，入選陜西省三秦英才特支計(jì)劃青年拔尖人才、軍隊(duì)優(yōu)秀專業(yè)技術(shù)人才崗位津貼（三類）、陜西省高校優(yōu)秀青年人才、陜西省科協(xié)青年人才托舉計(jì)劃、火箭軍工程大學(xué)321英才、全軍優(yōu)秀學(xué)位論文獲得者。先后主持和參與國家、軍隊(duì)課題38項(xiàng)，獲省部級科學(xué)技術(shù)二等獎、中國發(fā)明協(xié)會發(fā)明創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新一等獎、陜西高?？萍佳芯績?yōu)秀成果二等獎、中國光學(xué)工程學(xué)會西部科技創(chuàng)新成果優(yōu)秀獎、中國光學(xué)工程學(xué)會光學(xué)超構(gòu)材料三年優(yōu)秀成果提名獎等獎項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利40余項(xiàng)，公開出版專著與譯著2部，在國際、國內(nèi)學(xué)術(shù)期刊和會議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文110余篇。

文章信息：Lijun Yang, Long Wang*, Liuying Wang*, Gu Liu, Wenhao Wang, Baoguo Zhang, Xiujian Tang. Broadband, Wide-Angle, and High-Temperature Microwave Absorbers Enabled by 3D-Printed Torsion SiC Metamaterials, Thin-Walled Structures, 2025.

來源聲明：原文來自公眾號超材料前沿，經(jīng)本平臺整理發(fā)布。