基于仿生楔形结构的超宽带电磁波吸收器

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Ultrawideband Electromagnetic Wave Absorber Based on Bionic Wedge Structures

仿生风车楔形多孔碳通过直接热解棕榈叶生物质制备，采用遗传算法优化结构参数，实现2-40GHz超宽带电磁波吸收（反射损耗

　　

由于多孔碳结构具有出色的电磁衰减能力和优异的结构稳定性，它们已成为下一代电磁波吸收材料的有力候选者。虽然传统的梯度结构工程方法可以改善多孔碳的阻抗匹配性能，但这种方法不可避免地会导致材料密度的降低。相比之下，通过增加吸收体厚度来增强微波耗散能力的传统补偿策略在厚度敏感的应用中存在根本性限制。本研究借鉴了光合作用中的能量转换机制，利用源自面包的生物质通过直接热解工程制备了一种具有多尺度孔隙结构的仿生风车楔形多孔碳材料，并通过遗传算法优化了其结构参数，从而提高了其吸收带宽，为微波衰减材料的设计建立了可持续的范式。这种工程化的多孔碳材料展示了超宽带（2–40 GHz）的微波吸收能力，反射损耗小于-10 dB，并且保持了三稳态下的角度-极化-温度稳定性，克服了先进电磁隐身应用中常见的性能与环境敏感性之间的权衡。该材料优异的电磁波吸收性能归因于其微观结构导致的极化损耗增加以及宏观结构带来的梯度匹配效应。损耗体积密度的增加对电磁波具有散射作用。此外，该材料还具有高达1.6 MPa的压缩性能以及在25至300°C温度范围内0.122–0.168 W/(m·K)的热导率。这项研究为环保且高性能的多功能电磁波吸收材料提供了可行的实现途径。