供稿人：白金倉(cāng)、李滌塵 供稿單位：西安交通大學(xué)精密微納制造技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2025-04-09
超材料具有負(fù)折射率、負(fù)泊松比、負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率等特性，對(duì)電磁波的吸收有著十分顯著的效果。電磁波吸收超材料的核心主要是控制電磁波吸收的能力，即吸波頻段和吸波效果的強(qiáng)弱，其材料一般由金屬、低介質(zhì)聚合物或低介質(zhì)陶瓷組成。但是現(xiàn)有的將金屬和陶瓷結(jié)合使用的超材料并沒有充分利用陶瓷的耐高溫性能，無法應(yīng)用到需要保證高溫下隱身的高速飛機(jī)和武器的某些部件，因此，開發(fā)耐高溫的電磁波吸收超材料是發(fā)展先進(jìn)技術(shù)的必要條件。
鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的胡俊迪課題組通過將3D打印技術(shù)、聚合物衍生陶瓷和電磁波吸收材料進(jìn)行結(jié)合，研究出了一種適合在極端環(huán)境下保證航天器隱身功能的吸波超材料。SiOC材料的3D打印技術(shù)雖然已經(jīng)得到了廣泛的研究，但是其在高溫下的穩(wěn)定性和力學(xué)性能都較為不足，因此胡俊迪課題組將目光投向了SiCN材料。他們利用數(shù)字光處理3D打印技術(shù)制備了一種在高溫下具有高機(jī)械性能的SiCN電磁吸波超材料，該材料的最小反射損耗為-31.01dB，吸收率達(dá)到了99.9%，最寬的有效吸收帶寬覆蓋了8.2-12.4GHz整個(gè)x波段，并且可以根據(jù)單元結(jié)構(gòu)的尺寸來調(diào)整電磁波的吸收性能。圖1所示為該電磁波吸收超材料的吸收機(jī)理說明圖，中空的骨架結(jié)構(gòu)使電磁波在孔隙內(nèi)部不斷反射和折射，并可以通過優(yōu)化單元尺寸來調(diào)整材料的阻抗匹配，減少空氣射入的電磁波的反射。
圖1 SiCN電磁波吸收超材料的多尺度吸收機(jī)理說明圖
該超材料的設(shè)計(jì)填補(bǔ)了高溫環(huán)境下隱身材料的欠缺，為未來高溫環(huán)境下的航天器以及武器的部分構(gòu)件的隱身需求提供了新的選擇。