综述：智能响应型介电电磁波吸收材料的最新研究进展

这篇综述系统总结了智能响应型介电电磁波（EMW）吸收材料的设计策略与调控机制，重点探讨了通过微观结构设计（如0D-3D结构）、组分调控（如MXene@PS纳米复合材料）以及外部场响应（温度/电场/应变）实现电磁参数动态调谐的方法，为解决5G时代复杂电磁环境下的宽带吸收（EAB）、阻抗匹配和智能适配提供了创新思路。

　　

引言

随着5G通信技术的快速发展，电磁波（EMW）污染问题日益突出。传统电磁波吸收材料已难以满足复杂电磁环境下的防护需求，开发能响应外部场的智能EMW吸收材料成为当前研究前沿。这类材料通过动态调控介电性能（如导电率、极化损耗），实现吸收频带的可编程化，在军事隐身、电子设备防护等领域具有重要应用价值。

介电EMW吸收材料的设计

吸收剂的微观结构设计

吸收剂的维度特性显著影响其介电性能：

• 0D结构（如核壳碳球@C-700）通过缺陷诱导极化增强损耗能力。
• 1D结构（如3D交联碳纤维）利用石墨微晶形成导电-涡流协同损耗网络。
• 2D材料（如Ti₃
  C₂
  T_x
  /细菌纤维素气凝胶）凭借超高面内电子迁移率实现强衰减。
• 3D结构（如碳纳米管/碳纳米纤维）通过多级孔隙延长电磁波传播路径。

组分调控策略

非均匀组分设计可优化阻抗匹配：

• 梯度分布的铁纳米颗粒/空心碳壳结构（图3B）通过逐步递增的介电损耗实现宽频吸收。
• SiO₂
  @MXene@MoS₂
  核壳球（图4A）在微尺度构建介电常数梯度，降低表面反射。

损耗机制解析

• 导电损耗：碳材料的电子迁移（石墨层内）与跃迁（层间缺陷）共同贡献（图5A）。
• 极化损耗：钴单原子嵌入碳基质（图6A）产生电荷分布差异，增强偶极矩；NiCo₂
  O₄
  /石墨烯异质界面则通过界面极化提升损耗效率。

智能响应材料进展

温度响应型

VO₂
基材料在68°C发生金属-绝缘体相变：

• V₂
  C-VO₂
  异质结构（图12A）通过相变切换"吸收/透射"状态，反射抑制比达50 dB。
• RGO/VO₂
  气凝胶在25-200°C区间可调吸收频带达7.27 GHz（图12F）。

电场响应型

• 石墨烯电容器谐振器（图13A-F）在5V电压下实现反射抑制50 dB。
• Sn/SnO₂
  @C柔性器件通过0-20V电压调控，覆盖5.6-8.0GHz频段（图13G-L）。

应变响应型

• CNTs/Ti₃
  C₂
  T_x
  -WPU气凝胶（图14F-I）在42%压缩应变时最小反射损耗达-68.2 dB，循环100次性能稳定。
• 石墨烯/聚氨酯形状记忆复合材料实现5.5-18 GHz频带动态调控（图14D-E）。

挑战与展望

当前智能材料仍面临多场协同调控精度不足、极端环境适应性有限等挑战。未来发展方向包括：

1. 人工智能驱动的多物理场参数优化；
2. 仿生超材料设计突破Snoek极限；
3. SiC基耐高温材料在航空航天中的应用。

通过跨学科融合与微纳制造技术创新，智能EMW吸收材料将为6G通信、柔性电子等领域提供革命性解决方案。