供稿人：白金仓、李涤尘 供稿单位：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：2025-04-09
超材料具有负折射率、负泊松比、负介电常数和负磁导率等特性，对电磁波的吸收有着十分显著的效果。电磁波吸收超材料的核心主要是控制电磁波吸收的能力，即吸波频段和吸波效果的强弱，其材料一般由金属、低介质聚合物或低介质陶瓷组成。但是现有的将金属和陶瓷结合使用的超材料并没有充分利用陶瓷的耐高温性能，无法应用到需要保证高温下隐身的高速飞机和武器的某些部件，因此，开发耐高温的电磁波吸收超材料是发展先进技术的必要条件。
郑州大学材料科学与工程学院的胡俊迪课题组通过将3D打印技术、聚合物衍生陶瓷和电磁波吸收材料进行结合，研究出了一种适合在极端环境下保证航天器隐身功能的吸波超材料。SiOC材料的3D打印技术虽然已经得到了广泛的研究，但是其在高温下的稳定性和力学性能都较为不足，因此胡俊迪课题组将目光投向了SiCN材料。他们利用数字光处理3D打印技术制备了一种在高温下具有高机械性能的SiCN电磁吸波超材料，该材料的最小反射损耗为-31.01dB，吸收率达到了99.9%，最宽的有效吸收带宽覆盖了8.2-12.4GHz整个x波段，并且可以根据单元结构的尺寸来调整电磁波的吸收性能。图1所示为该电磁波吸收超材料的吸收机理说明图，中空的骨架结构使电磁波在孔隙内部不断反射和折射，并可以通过优化单元尺寸来调整材料的阻抗匹配，减少空气射入的电磁波的反射。
图1 SiCN电磁波吸收超材料的多尺度吸收机理说明图
该超材料的设计填补了高温环境下隐身材料的欠缺，为未来高温环境下的航天器以及武器的部分构件的隐身需求提供了新的选择。