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針對高溫環(huán)境下電磁波吸收材料的技術瓶頸，火箭工程大學智劍實驗室王龍副教授研究團隊創(chuàng)新性地提出了一種梯度阻抗匹配設計和多尺度協(xié)同損耗機制融合的解決方案。通過粉末擠出打?。≒EP）技術，成功制備了扭轉體碳化硅超材料。相關研究成果以題為“Broadband, Wide-Angle, and High-Temperature Microwave Absorbers Enabled by 3D-Printed Torsion SiC Metamaterials”發(fā)表于《Thin-Walled Structures》。火箭工程大學博士生楊理鈞為論文第一作者，王龍副教授與汪劉應教授為共同通訊作者。
研究背景
隨著無線通信和雷達探測技術的快速發(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，材料需同時承受高溫氧化、劇烈熱沖擊等嚴苛條件，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、高溫性能退化嚴重等問題，難以滿足實際應用需求。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，成為當前研究的關鍵挑戰(zhàn)。
內容簡介
針對高溫環(huán)境下電磁波吸收材料的技術瓶頸，火箭工程大學智劍實驗室王龍副教授創(chuàng)新性地提出了一種梯度阻抗匹配設計（結合階梯結構、三周期極小曲面和蜂窩結構特性）和多尺度協(xié)同損耗機制融合的解決方案。研究團隊通過粉末擠出打印（PEP）技術，成功制備了扭轉體碳化硅超材料。該材料通過結構設計與材料性能的協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)了以下突破性性能：
超寬帶吸收：在2-40 GHz頻段內，實現(xiàn)了32.87 GHz的有效吸收帶寬、11.97 GHz強吸收帶寬（RL < -10 dB）及-57.15 dB的強反射損耗；
寬角度穩(wěn)定性：在0°-60°入射角范圍內，EAB始終超過30 GHz，且對TE和TM極化波均表現(xiàn)出低敏感性；
高溫適應性：在900°C高溫環(huán)境下，仍保持25.65 GHz的有效吸收帶寬，質量穩(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)新性設計通過梯度阻抗匹配與多損耗機制協(xié)同（界面極化、導電損耗、結構共振），實現(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)陶瓷復雜結構加工的局限性，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：扭轉超材料吸收器的制作過程示意圖。
圖2：扭轉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：扭轉超材料結構參數(shù)設計與寬頻吸收特性。
圖6：扭轉超材料寬角域吸波特性。
圖7：扭轉超材料的高溫吸波性能。
圖8：扭轉超材料的吸波性能對比。
圖9：扭轉超材料仿真的電場幅值分布和功率損耗密度。
圖10：碳化硅的扭轉超材料吸收器的電磁波吸收機制示意圖。
主要作者介紹：
王龍副教授（通訊作者）：火箭軍工程大學智劍實驗室，副教授，博士生導師。主要從事先進功能材料與隱身技術研究工作，入選陜西省三秦英才特支計劃青年拔尖人才、軍隊優(yōu)秀專業(yè)技術人才崗位津貼（三類）、陜西省高校優(yōu)秀青年人才、陜西省科協(xié)青年人才托舉計劃、火箭軍工程大學321英才、全軍優(yōu)秀學位論文獲得者。先后主持和參與國家、軍隊課題38項，獲省部級科學技術二等獎、中國發(fā)明協(xié)會發(fā)明創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新一等獎、陜西高校科技研究優(yōu)秀成果二等獎、中國光學工程學會西部科技創(chuàng)新成果優(yōu)秀獎、中國光學工程學會光學超構材料三年優(yōu)秀成果提名獎等獎項，授權發(fā)明專利40余項，公開出版專著與譯著2部，在國際、國內學術期刊和會議上發(fā)表學術論文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，經本平臺整理發(fā)布。
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