基于轻质微波吸收材料的多功能超结构实现低频超宽带吸收、雷达散射截面缩减与热绝缘性能研究

针对电磁污染治理中轻质、宽频、强吸收材料的迫切需求，研究人员创新性地以菠萝皮(PA)为碳源复合钴合金，构建了兼具低频超宽带吸收(3.5-18 GHz)、雷达散射截面(RCS<-10 dB m2 )和热绝缘性能的多功能超结构。通过调控PA-800-60的微观结构（1.3 mm厚度下EAB达5.8 GHz）并设计9 mm截棱台宏观结构，实现13.5 GHz超宽带覆盖，为多功能电磁超材料研发提供新范式。

　　

随着5G通信和军事隐身技术的快速发展，电磁污染已成为威胁电子设备安全和人体健康的"隐形杀手"。传统微波吸收材料(MAMs)面临"轻量化"与"宽频带"难以兼得的困境——磁性颗粒的添加虽能提升吸收性能，却会增加材料密度；而单纯依赖介电损耗又会导致阻抗失配。更棘手的是，现有材料往往功能单一，难以同时满足电磁吸收、隐身和热管理等多重需求。

空军工程大学的研究团队独辟蹊径，从水果摊上的菠萝皮中找到了突破口。通过将这种生物质碳源与钴合金复合，他们成功研制出厚度仅1.3 mm却能在12.2-18 GHz频段实现5.8 GHz有效吸收带宽(EAB)的PA-800-60材料。更巧妙的是，通过设计9 mm高的截棱台超结构，将吸收频段扩展至惊人的3.5-18 GHz（覆盖C/X/Ku全波段），相关成果发表在《Materials Today Physics》上。

研究采用三大关键技术：生物质碳化（菠萝皮800°C热解）、化学浸渍法（CoCl₂
·6H₂
O溶液60小时浸渍）和超结构设计（四边形截棱台几何优化）。通过调控钴合金含量和宏观结构，实现了介电损耗（空心多孔碳导电损耗）与磁损耗（钴合金磁共振）的协同效应。

【Micro-mesoscopic morphology and characteristics】
扫描电镜显示PA-800热解后形成3-5 μm的多孔结构，钴合金纳米颗粒均匀分布在碳骨架中。XRD证实成功合成Co/CoO/Co₃
O₄
多相体系，这种异质界面增强了界面极化损耗。

【Conclusion】
该研究突破性地实现了"三合一"性能：电磁吸收方面，宏观超结构使低频段（7.44 GHz）反射损耗(RL_min
)达-17.5 dB；隐身性能上，2 mm厚度样品在±60°范围内RCS值均<-10 dB m²
；热管理方面，多孔结构中空气相替代固相使导热系数显著降低。

这项工作的深远意义在于：首次将农业废弃物转化为高性能多功能材料，为"双碳"目标下的绿色材料开发提供新思路；提出的"微观组分调控+宏观结构设计"双轨策略，为突破传统MAMs的性能瓶颈开辟了新路径。正如通讯作者Shaobo Qu强调的，这种超结构设计理念可推广至其他功能材料体系，在军民融合领域具有广阔应用前景。