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基于石墨粉的仿生蛾眼复合超宽带微波吸收体

基于石墨粉的仿生蛾眼复合超宽带微波吸收体

供稿人:白金仓、李涤尘 供稿单位:(默认:西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室)  发布日期:2024-06-04
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近年来,随着现代技术的飞速发展,电磁波在日常生活以及雷达探测方面得到了广泛的应用,但也造成了严重的电磁污染。为了抑制电磁辐射的有害影响,微波吸收近年来受到越来越多的关注。然而传统的吸波涂层虽然可以很好地黏附到大多数物体的表面,但受到厚度的限制只能依靠材料固有的吸收特性,无法实现宽带吸收。而结构吸波材料可以突破材料厚度的限制,通过人工进行结构设计操纵共振峰,整合多种吸收机制,实现宽带微波吸收。

南京航空航天大学材料科学与技术学院一课题组将仿生学应用到电磁波吸收中来,因为蛾的眼睛对可见光具有抗反射的特性,所以该团队通过提取蛾眼的生物模型,利用导电石墨粉作为吸收体,成功制备了微波吸收体的仿生结构(图1),再利用计算机仿真技术设计了微波吸收器的宏观结构,结果表明吸收率在90% 以上的频率带宽可达13GHz,包括C、X和Ku波段。在该吸波器的底部加入索尔兹伯里屏吸波器制成复合吸波器后,低频吸波性能大大提高,整个材料可以在2~18GHz全频率范围内实现超宽带微波吸收(图2)。

图1 通过仿生学设计的微波吸收体仿生结构
图2 吸波器超宽带微波吸收

该团队的研究表明通过引入蛾眼仿真结构可以有效的提高吸波器的吸收带宽,再通过CST软件模拟优化结构参数制备吸波器后利用反演法研究了吸波器的电磁参数变化规律,得到了阻抗梯度的吸收机理,在引入索尔兹伯里吸波器后又有效改善了原吸波器的低频吸收性能。因此仿生结构吸波器的阻抗梯度吸收与索尔兹伯里屏的干扰吸收协同作用是拓宽吸收带,实现宽带吸收的有效工具,对宽带吸波器的设计具有重要意义。

参考文献:

  1. Ziming C ,Ying Z ,Zhide W , et al.Bioinspired moth-eye multi-mechanism composite ultra-wideband microwave absorber based on the graphite powder[J].Carbon,2023,201542-548.