供稿人：白金倉、李滌塵 供稿單位：（默認：西安交通大學精密微納制造技術(shù)全國重點實驗室） 發(fā)布日期：2024-06-04
近年來，隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，電磁波在日常生活以及雷達探測方面得到了廣泛的應(yīng)用，但也造成了嚴重的電磁污染。為了抑制電磁輻射的有害影響，微波吸收近年來受到越來越多的關(guān)注。然而傳統(tǒng)的吸波涂層雖然可以很好地黏附到大多數(shù)物體的表面，但受到厚度的限制只能依靠材料固有的吸收特性，無法實現(xiàn)寬帶吸收。而結(jié)構(gòu)吸波材料可以突破材料厚度的限制，通過人工進行結(jié)構(gòu)設(shè)計操縱共振峰，整合多種吸收機制，實現(xiàn)寬帶微波吸收。
南京航空航天大學材料科學與技術(shù)學院一課題組將仿生學應(yīng)用到電磁波吸收中來，因為蛾的眼睛對可見光具有抗反射的特性，所以該團隊通過提取蛾眼的生物模型，利用導電石墨粉作為吸收體，成功制備了微波吸收體的仿生結(jié)構(gòu)（圖1），再利用計算機仿真技術(shù)設(shè)計了微波吸收器的宏觀結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明吸收率在90% 以上的頻率帶寬可達13GHz，包括C、X和Ku波段。在該吸波器的底部加入索爾茲伯里屏吸波器制成復合吸波器后，低頻吸波性能大大提高，整個材料可以在2~18GHz全頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)超寬帶微波吸收（圖2）。
圖1 通過仿生學設(shè)計的微波吸收體仿生結(jié)構(gòu)
圖2 吸波器超寬帶微波吸收
該團隊的研究表明通過引入蛾眼仿真結(jié)構(gòu)可以有效的提高吸波器的吸收帶寬，再通過CST軟件模擬優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)制備吸波器后利用反演法研究了吸波器的電磁參數(shù)變化規(guī)律，得到了阻抗梯度的吸收機理，在引入索爾茲伯里吸波器后又有效改善了原吸波器的低頻吸收性能。因此仿生結(jié)構(gòu)吸波器的阻抗梯度吸收與索爾茲伯里屏的干擾吸收協(xié)同作用是拓寬吸收帶，實現(xiàn)寬帶吸收的有效工具，對寬帶吸波器的設(shè)計具有重要意義。