资讯 | 南京大学《Nature Communications》：链甲启发的新型超材料吸收器- 大数跨境

首页

资讯 | 南京大学《Nature Communications》：链甲启发的新型超材料吸收器

两江科技评论

2026-02-28

导读：本文受传统链甲的启发，提出了一种兼具刚性与柔性的链甲启发式微波超材料吸收器。该设计通过单元间的互锁结构实现无应力的曲面自适应，既保留了刚性单元的稳定电磁性能，又具备了类似织物的整体柔韧性。

文章来源：超材料世界

随着5G通信和自动驾驶技术的快速发展，高密度集成的天线系统面临日益严重的互耦干扰和环境散射问题，同时先进探测技术的进步也对敏感目标的雷达隐身能力提出了更高要求。微波吸收材料虽是解决上述问题的有效手段，但传统涂层和刚性吸收器难以适应复杂曲面和可变形部件，而现有柔性或可拉伸方案又往往面临性能下降、结构变形或仅适用于简单曲面的局限，难以兼顾结构适应性与吸收性能的保持。

针对这一挑战，本文受传统链甲的启发，提出了一种兼具刚性与柔性的链甲启发式微波超材料吸收器。该设计通过单元间的互锁结构实现无应力的曲面自适应，既保留了刚性单元的稳定电磁性能，又具备了类似织物的整体柔韧性。该研究不仅突破了传统吸收器在复杂曲面部署上的瓶颈，还通过机械调控实现了吸收频段的动态切换，为新一代共形、可重构、超宽带微波吸收器的发展提供了全新思路。

一、解决的问题

传统刚性吸收器难以贴合复杂曲面，尤其在非可展曲面（如马鞍面、球面）上存在适应性差、性能下降严重的问题。
柔性吸收器在变形时易导致结构变形和电磁参数变化，吸波性能不稳定。
静态吸收器受Rozanov极限限制，难以在固定厚度下实现超宽带吸收。
现有可重构吸收器结构复杂、功耗高、响应慢，难以实现轻量化、低成本的动态调控。

二、提出的方法

仿链甲结构设计：提出一种由“损耗性双层十字结构 + 无损耗矩形框架”组成的链甲单元，具备互锁拓扑结构，兼具刚性与柔性。
3D打印一体化制备：采用双喷头FDM技术，一次成型，无需支撑，材料为CNT-PLA（损耗层）和纯PLA（框架层）。
动态切换机制：通过弹性带和步进电机控制单元间距，实现吸收频段的可逆切换，无需持续供电。
多物理场协同优化：结合有效介质理论、Lorentz模型和特征模分析，系统揭示吸波机理并指导结构优化。

三、实现的效果

宽带高效吸收：在平面状态下，EAB为6.2–17.6 GHz，厚度仅5.5 mm。
优异的共形性能：贴附于圆柱、马鞍、球面后，平均吸收率仅下降0.049，远优于传统结构（下降0.103–0.144）。
动态频段切换：通过调整单元间距，吸收频段可覆盖4.6–18 GHz，突破Rozanov极限。
高鲁棒性与可重复性：经过100次切换测试，性能稳定，吸收曲线标准差<0.015，且具备良好的机械承载能力。
轻量化与低功耗：面密度1.7 kg/m²，切换后无需持续供电，适用于无人机、车载雷达、微波暗室等场景。

四、创新点

首次将链甲结构引入微波吸收领域，实现“刚柔并济”的结构设计思路。
提出“变形-无损”共形机制：通过单元间相对运动适应曲面，避免吸收部件变形。
实现“动态切换”超宽带吸收：通过机械调控单元密度，突破Rozanov极限，实现频段可重构。
系统揭示链甲结构的电磁响应机制：包括Lorentz共振、人工磁共振、特征模分析等多角度验证。
提出低功耗、轻量化的可重构系统架构，仅用单电机+弹性带实现全阵列调控，具备工程应用潜力。

研究成果以题为：《Chainmail-inspired conformable and switchable microwave metamaterial absorber》发表于期刊《Nature Communications》。单位为：南京大学、南京航空航天大学、苏州实验室，第一作者为：南京大学Ruiyang Tan.

摘要

摘要：

传统微波吸收器的刚性限制了其在复杂曲面和可变形部件上的可靠集成。然而，对于依赖先进共形波操控的电磁隐身和微型化电磁兼容应用而言，这些能力仍然不可或缺。为克服这些挑战，我们受链甲启发，提出了一种可共形、可切换的微波超材料吸收器，并通过3D打印便捷制备。该结构在6.2至17.6 GHz范围内展现出宽带有效吸收带宽，同时其互锁拓扑设计使其能够在吸收部件不变形的前提下适应曲面。共形成形后，平均吸收率仅下降0.049，相比传统设计展现出显著增强的鲁棒性。此外，我们将该微波吸收器与弹性带集成，实现了膨胀与收缩状态之间的可逆切换，从而将最低工作频率进一步扩展。优化配置后的设计在4.6至18 GHz范围内实现了累积带宽（即24 cm和27 cm构型下有效吸收带宽的并集），通过动态切换规避了Rozanov极限。本研究为在多样化电磁应用中实现可切换超宽带共形微波吸收器提供了一种实用策略。