随着科技的飞速发展,人们对电磁波的使用已经达到了前所未有的高度和广度,带来技术革新和生活便利的同时,也带来了危害和危险。电磁污染威胁健康;国防领域,在雷达探测重压之下战场武器装备的生存能力面临重大挑战,如何高效吸收电磁波成为摆在科技人员面前的难题。而在自然界,经过上亿年的自然选择,动植物中早已涌现除了许许多多的电磁波收集专家,它们独特结构带来的超凡吸波能力,为人工设计新型吸波材料提供了宝贵的蓝本。
近日,中北大学王智教授、尹丽仙讲师团队联合西安交通大学田小永教授团队,受螺旋藻特殊微结构启发,提出了一种三维螺旋形态的介电超材料结构,此结构具有区别于以往电磁吸波超材料的独特电磁响应机制。该研究取得了以下方面的突破。
1)超宽带吸收:在2-40GHz频段内,实现了 33.7 GHz (3.5–5.1 GHz,7.9–40 GHz, RL<-10 dB);
2)多损耗机制协同:材料损耗(极化损耗、导电损耗)与结构损耗(感应电流、电谐振、磁谐振、驻波效应)协同,实现了电磁波高效吸收;
3)利用材料共混改性与3D打印一体化成形工艺,突破了螺旋形微波吸收结构加工局限性,为高性能隐身材料结构制造提供了有效策略。
图1 仿生设计理念示意图
图2 螺旋超材料的几何结构
图3 螺旋超材料结构参数与吸波性能
图4 多机制协同吸波原理
相关研究成果以题为“A Bioinspired Helical Metamaterial for Broadband Electromagnetic Wave Absorption”发表在知名期刊Composite Part B-Engineering上。尹丽仙为论文第一作者,王智与尹丽仙为共同通讯作者。
以上成果受到山西省基础研究计划项目(项目编号:202103021223206)和中国航空科学基金(项目编号:202400110U0001)的支持。
论文链接:https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.112685
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