当古代战场的锁子甲遇上现代电磁隐身技术，会碰撞出怎样的科技火花？南京理工大学研究团队发表在《Science Advances》期刊发表的“ Rigid-flexible interlocked metastructures enable conformal stealth”一文给出了答案。
受古代锁子甲结构启发，研究团队提出一种由拓扑互锁单元构成的隐身蒙皮，该设计实现了机械鲁棒性与电磁功能性的协同增效。该架构具有轻量化、对复杂曲面高度贴合、在保持强度的同时兼具承重能力等特点。研究团队通过制备面密度仅为1.67kg/m²的电磁功能蒙皮验证其应用潜力：该蒙皮在2-40 GHz超宽带频率范围内（覆盖该波段96.3%的频域）实现超过90%的电磁波吸收率，且对极化方式和入射角度不敏感。该蒙皮展现出卓越的环境适应性，在25%单元受损或经历10,000次高曲率弯曲循环后仍能保持完整功能。应用于无人机机翼时，该设计使雷达散射截面积降低超过98%。
论文链接：
DOI: 10.1126/sciadv.aeb7870
传统隐身材料的 “两难困境”
在先进航空航天和智能装备领域，隐身材料一直面临三大核心挑战：
- 机械性能矛盾：刚性材料承载强但无法适配复杂曲面，柔性材料贴合好却易损坏、难承重；
- 电磁性能局限：宽频带强吸收与机械柔韧性难以兼顾，传统材料要么隐身频段窄，要么易受入射角度、极化方向影响；
- 集成效率低下：隐身、通信、透光等功能难以模块化整合，缺乏通用设计方案。
就像飞机机翼既要抵御气流冲击，又要实现雷达隐身，还得预留通信窗口，传统材料始终难以平衡这些需求。而研究团队的锁子甲式设计，从结构根源上破解了这一困局。
设计巧思：锁子甲的 “现代科技转生”
1. 结构设计：离散单元 + 拓扑互锁
研究团队摒弃了传统连续材料或固定连接结构，采用大量离散的轻质三角棱柱单元，每个单元底部设有六个互锁挂钩，通过拓扑结构实现单元间的紧密咬合。这种设计带来两大核心优势：
- 刚柔协同：面内方向具备高刚度，能有效吸收冲击载荷；面外方向展现高柔韧性，可实现弯曲、拉伸等多种变形；
- 无限适配：离散单元如同“流体”，可拼接成任意尺寸形状，突破制造设备限制，无论是可展曲面（圆柱面，K=0）还是不可展曲面（抛物面、鞍面，K≠0），都能实现完美共形贴合。
2、材料与工艺：3D打印 + 功能梯度
该超结构采用3D打印技术制造，核心功能单元选用碳基复合材料（CB-PLA），其优异的介电性能为电磁吸收提供保障。通过精准调控单元壁厚度分布，构建梯度有效介电常数剖面，实现从自由空间到损耗材料内部的宽频带阻抗匹配，让电磁波高效进入结构内部被吸收。
值得一提的是，这种模块化设计支持“即插即用”，可将电磁吸收、微波透明、光学透明等不同功能单元无缝集成，如同搭积木般实现功能定制。
性能实测：刷新隐身材料多项纪录
1. 宽频强吸收，角度极化不敏感
实验数据显示，该共形电磁互锁超结构（CEIM）在3.4–40GHz超宽频带内实现了超过90%的电磁波吸收率，覆盖96.3%的雷达常用频段。更难得的是，其吸收性能几乎不受极化角度影响，在入射角度高达60°时仍能保持高效吸收，完美适应复杂电磁环境。
2. 极端环境稳定，耐用性拉满
- 抗损伤能力：即使25%的单元受损，整体性能仍基本保持，分散损伤和集中损伤对其影响极小；
- 抗疲劳性能：经过10,000次大曲率弯曲–展平循环后，超宽频吸收特性仅轻微变化，核心性能稳定；
- 轻量化优势：面密度仅1.67 kg/m²，远低于传统刚性吸波材料，却能实现相当的隐身效果。
3. 实战验证：无人机 RCS reduction 超 98%
将该隐身蒙皮共形贴合于无人机机翼后，雷达散射截面（RCS）在宽角度范围内显著降低，平均缩减量超过10 dB，部分频段缩减甚至超过98%。逆合成孔径雷达（ISAR）成像显示，覆盖蒙皮后目标的散射热点强度大幅减弱，隐身效果直观可见。
多功能集成：不止于隐身
该拓扑互锁策略的核心优势在于多功能模块化集成。研究团队成功构建了0.4×1.4 m的大型多功能共形蒙皮，将CEIM电磁吸收模块、CMTM微波透明模块、COTM光学透明模块集成于无人机机翼：
- 通信保障：CMTM模块在2–10 GHz频段插入损耗＜0.4 dB，不影响通信功能；
- 能量兼容：COTM模块保证充足光学透过率，使下方太阳能电池板能稳定工作；
- 结构防护：互锁结构提供冲击抗性和变形协调能力，实现机械保护与电磁隐身双重功能。
应用前景：从航空航天到可穿戴设备
这种刚柔互锁超结构的设计策略，为下一代自适应多功能系统提供了全新解决方案：
- 航空航天：可作为飞机、导弹的共形隐身蒙皮，兼顾隐身、通信、结构承载需求；
- 智能装备：为机器人打造传感外壳，实现环境感知与隐身防护一体化；
- 可穿戴技术：集成传感、能量管理模块，开发柔性智能穿戴设备。
正如研究团队所强调的，这种基于“单元组装”而非“整体制造”的设计，打破了传统材料在尺寸、兼容性上的限制，未来通过集成可调谐电磁元件、传感器等智能单元，有望开发出能主动适应环境变化的智能材料系统。
参考文献：
Sun, C., Li, D., Liao, W., & Liu, T. (2025). Rigid-flexible interlocked metastructures enable conformal stealth. Science Advances, 11, eaeb7870.
来源：知识泥土六二三
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