随着现代探测技术的飞速发展,雷达、太赫兹和红外等多波段探测手段的应用日益广泛,如何实现多波段兼容隐身已成为材料科学领域的一项重要挑战。北航王广胜团队接连在国际顶级期刊Angew和Adv. Mater.发表研究成果,分别从多波段兼容隐身材料和仿生结构构筑全向太赫兹响应材料的角度,展示材料设计的前沿进展。这两项研究不仅在理论上取得了重要进展,还为未来的军事隐身、通信技术和电磁防护提供新思路。
Adv. Mater.:仿蝴蝶无序孔结构实现全向太赫兹响应的新突破!
太赫兹技术作为本世纪最有前途的颠覆性技术之一,在高速通信、量子信息、生物医学、雷达隐身等领域激发了众多需求。高功效、高灵敏度的强场太赫兹光源及探测器等对功能化太赫兹波吸收/屏蔽材料提出更高的要求。然而,基于色散特性的传统吸波材料存在明显的角度依赖性,严重制约实际应用性,尤其限制全向宽频隐身技术发展。自然界中生物体经过数百万年的进化,发展出许多令人惊叹的结构和功能。蝴蝶翅膀的独特微结构有效地捕捉和操控光线,实现伪装、信号传递和温度调节;其中,位置无序是实现角度不敏感性的关键因素,通过增强角散射和衍射来降低角度和偏振敏感性。
【仿生多孔结构设计与优化】
图1. 蝴蝶翅膀的微观结构以及周期性/无序性孔结构的电磁仿真模拟。
【MXene/CMC气凝胶的制备】
图2. MC复合气凝胶的制备与结构表征。
【太赫兹响应性能及机理分析】
图4. 梯度阻抗复合气凝胶的绿色电磁屏蔽效能及全向吸波机理。
图5. MC气凝胶的多功能性。
总结:作者提出基于无序孔诱导的全向太赫兹响应及取向调节策略,通过电磁仿真模拟优化孔结构参数并采用定向冰模板法制备出无序孔结构气凝胶,实现广角太赫兹屏蔽-吸收、微波吸收、红外隐身、疏水和抗压性。这项研究不仅为全向吸波材料的设计提供了新的思路,还展示了仿生设计策略在电磁伪装与隐身装置中的巨大潜力。
原文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202418889
Angew:用于雷达-红外-太赫兹多波段电磁隐身银纳米线/碳纳米线缆气凝胶
开发设计高性能、多频谱兼容的电磁隐身材料,尤其是在微波、红外、太赫兹波段,是解决当前多样化复杂的电磁污染、减少电磁干扰的重要保障。单一材料组分或结构难以同时满足不同电磁波频段隐身的需求。气凝胶材料由于材料选择多样化,结构可设计性强等特点,可满足不同频率下隐身的电磁响应需求,被认为是实现多频谱兼容隐身的理想材料。
【多层级结构设计与制备】
精选的材料和精细的结构设计可产生、增强异质界面电耦合效应和空间共振效应,从而减小多频谱兼容隐形材料在不同波段电磁特性的差异性。因此,通过有规律地组装不同功能单元和设计制备多尺度结构材料,为突破多频谱兼容隐形的限制提供了可能性。在这方面,具有多孔结构和可集成不同材料体系的气凝胶复合材料为实现雷达-太赫兹-红外线多光谱兼容隐身提供了可行性。
图1. AgNW@C气凝胶的合成过程(A),AgNW@PVA和AgNW@C-9的低倍SEM照片(B-C),AgNW@PVA和AgNW@C-9的高倍SEM照片(D-E),AgNW@PVA和AgNW@C-9的TEM照片(F-G),AgNW@PVA和AgNW@C-9的元素分布Mapping照片(H-I)。
【微波、红外、太赫兹多频谱兼容隐身性能及机理分析】
图2. AgNW@C气凝胶的微波吸收性能(A-C),太赫兹波段隐身性能(D-E),红外波段隐身性能(F-G),开尔文探针力显微镜照片(I-J),功率损耗电磁仿真模拟(K),兼容隐身机理示意图(L)。
总结:作者根据不同波段电磁隐身的材料电磁特性需求,采用了液相原位交联、限域热解的方法合成了超轻的AgNW@C气凝胶材料,实现了预设的组成和结构设计。最终,该AgNW@C气凝胶材料体系在雷达-红外-太赫兹波段电磁兼容隐身方面表现出优异的综合性能。这些突出的多频谱隐形特性使该气凝胶具有广泛的军、民应用前景,该工作为解决多频谱隐身材料应用中的固有问题提供了一种新策略。
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