3D科学谷洞察
“扭一扭”就能隐身！ 火箭军工程大学用 3D 打印扭转碳化硅超材料，阶梯 + 三周期极小曲面 + 蜂窝，逐层“扭”出阻抗渐变，电磁波一路被“请君入瓮”。把超宽带、宽角度、900 °C 高温 三大难题打包解决，为高速飞行器装上 全天候“电磁隐身衣”。”
研究背景
随着无线通信和雷达探测技术的快速发展，电磁干扰问题日益突出，对高性能电磁波吸收材料的需求愈发迫切。尤其在高速飞行器、深空探测等极端环境中，材料需同时承受高温氧化、剧烈热冲击等严苛条件，这对电磁波吸收性能的可靠性和稳定性提出了更高要求。传统吸波材料因带宽有限、角度敏感性强、高温性能退化严重等问题，难以满足实际应用需求。因此，开发兼具超宽带、宽角度吸收特性和高温稳定性的新型电磁波吸收材料，成为当前研究的关键挑战。
内容简介
针对高温环境下电磁波吸收材料的技术瓶颈，火箭工程大学智剑实验室王龙副教授创新性地提出了一种梯度阻抗匹配设计（结合阶梯结构、三周期极小曲面和蜂窝结构特性）和多尺度协同损耗机制融合的解决方案。研究团队通过粉末挤出打印（PEP）技术，成功制备了扭转体碳化硅超材料。该材料通过结构设计与材料性能的协同优化，实现了以下突破性性能：1）超宽带吸收：在2-40 GHz频段内，实现了32.87 GHz的有效吸收带宽、11.97 GHz强吸收带宽（RL < -10 dB）及-57.15 dB的强反射损耗；2）宽角度稳定性：在0°-60°入射角范围内，EAB始终超过30 GHz，且对TE和TM极化波均表现出低敏感性；3）高温适应性：在900°C高温环境下，仍保持25.65 GHz的有效吸收带宽，质量稳定性优异，解决了传统材料高温性能骤降的难题。这种创新性设计通过梯度阻抗匹配与多损耗机制协同（界面极化、导电损耗、结构共振），实现了电磁波的高效衰减。此外，该材料采用一体化3D打印成型工艺，突破了传统陶瓷复杂结构加工的局限性，为高集成度耐极端环境隐身材料的开发提供了新范式。
相关研究成果以题为“Broadband, Wide-Angle, and High-Temperature Microwave Absorbers Enabled by 3D-Printed Torsion SiC Metamaterials”发表于《Thin-Walled Structures》。火箭工程大学博士生杨理钧为论文第一作者，王龙副教授与汪刘应教授为共同通讯作者。
图1：扭转超材料吸收器的制作过程示意图。
图2：扭转超材料的原理图和透视图。
图3：材料微观表征与电磁参数分析。
图4：碳化硅的吸波性能。
图5：扭转超材料结构参数设计与宽频吸收特性。
图6：扭转超材料宽角域吸波特性。
图7：扭转超材料的高温吸波性能。
图8：扭转超材料的吸波性能对比。
图9：扭转超材料仿真的电场幅值分布和功率损耗密度。
图10：碳化硅的扭转超材料吸收器的电磁波吸收机制示意图。
主要作者介绍：
王龙副教授（通讯作者）：火箭军工程大学智剑实验室，副教授，博士生导师。主要从事先进功能材料与隐身技术研究工作，入选陕西省三秦英才特支计划青年拔尖人才、军队优秀专业技术人才岗位津贴（三类）、陕西省高校优秀青年人才、陕西省科协青年人才托举计划、火箭军工程大学321英才、全军优秀学位论文获得者。先后主持和参与国家、军队课题38项，获省部级科学技术二等奖、中国发明协会发明创业创新一等奖、陕西高校科技研究优秀成果二等奖、中国光学工程学会西部科技创新成果优秀奖、中国光学工程学会光学超构材料三年优秀成果提名奖等奖项，授权发明专利40余项，公开出版专著与译著2部，在国际、国内学术期刊和会议上发表学术论文110余篇。
文章信息：
Lijun Yang, Long Wang*, Liuying Wang*, Gu Liu, Wenhao Wang, Baoguo Zhang, Xiujian Tang. Broadband, Wide-Angle, and High-Temperature Microwave Absorbers Enabled by 3D-Printed Torsion SiC Metamaterials, Thin-Walled Structures, 2025.
https://doi.org/10.1016/j.tws.2025.113315
来源
超材料前沿 l
火箭军工程大学Thin-Walled Structures | 基于 3D 打印SiC扭转体超材料的宽频、宽角域高温微波吸收器
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