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針對高溫環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新性地提出了一種梯度阻抗匹配設計和多尺度協同損耗機制融合的解決方案。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。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迫切。尤其在高速飛行器、深空探測等極端環境中，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定性提出了更高要求。傳統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，開發兼具超寬帶、寬角度吸收特性和高溫穩定性的新型電磁波吸收材料，成為當前研究的關鍵挑戰。

內容簡介

針對高溫環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同優化，實現了以下突破性性能：

• 超寬帶吸收：在2-40 GHz頻段內，實現了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極化波均表現出低敏感性；

• 高溫適應性：在900°C高溫環境下，仍保持25.65 GHz的有效吸收帶寬，質量穩定性優異，解決了傳統材料高溫性能驟降的難題。

這種創新性設計通過梯度阻抗匹配與多損耗機制協同（界面極化、導電損耗、結構共振），實現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，突破了傳統陶瓷復雜結構加工的局限性，為高集成度耐極端環境隱身材料的開發提供了新范式。

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分析。

圖4：碳化硅的吸波性能。

圖5：扭轉超材料結構參數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、軍隊優秀專業技術人才崗位津貼（三類）、陜西省高校優秀青年人才、陜西省科協青年人才托舉計劃、火箭軍工程大學321英才、全軍優秀學位論文獲得者。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、中國發明協會發明創業創新一等獎、陜西高校科技研究優秀成果二等獎、中國光學工程學會西部科技創新成果優秀獎、中國光學工程學會光學超構材料三年優秀成果提名獎等獎項，授權發明專利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，經本平臺整理發布。