对称工程化多物理耦合分级超材料实现宽带电磁波高效吸收

针对传统电磁吸收材料在带宽、厚度与加工复杂度间的矛盾，重庆团队设计出由金属谐振层/FCIP-CF/PDMS复合基材/铜膜构成的三层超材料吸波体(MMA)。该结构通过"谐振-吸收-反射"协同机制，在5-16 GHz频段实现104.7%的工作带宽，平均吸收率超90%，RCS降低达-30 dB，其对称设计兼具极化不敏感特性，为C/X波段电磁污染治理提供新方案。

　　

随着5G时代电子设备爆发式增长，电磁污染已成为威胁设备性能与人类健康的重要问题。传统吸波材料面临吸收带宽、厚度和加工复杂度难以兼顾的困境，特别是在C波段(4-8 GHz)和X波段(8-12 GHz)等常用频段表现尤为突出。电磁超材料(Metamaterial)因其可突破自然材料限制的人工结构设计，为破解这一难题提供了新思路，但如何通过结构创新实现宽带高效吸收仍是重大挑战。

针对这一科学问题，重庆师范大学的研究团队在《Materials Today Communications》发表最新成果，设计出具有"谐振-吸收-反射"三级功能的分层复合超材料吸波体(MMA)。该结构创新性地将表面金属谐振结构与FCIP/CF增强的PDMS基板相结合，通过多物理耦合机制在5.1 mm薄层厚度下实现5-16 GHz超宽带吸收，其对称性设计更赋予材料优异的极化不敏感特性。

研究采用CST Microwave Studio电磁仿真优化金属谐振结构参数，通过表面沉积工艺制备周期性I型槽谐振单元；运用机械混合法制备FCIP/CF-PDMS复合基板，利用矢量网络分析仪测试反射损耗；结合有效介质理论分析阻抗匹配机制。

【金属谐振结构仿真】通过参数扫描确定最优结构尺寸（单元15 mm×15 mm），I型槽设计产生磁电耦合共振，在7 GHz和13.4 GHz形成双吸收峰。
【谐振结构性能】实测显示3.9-5.9 GHz有效吸收，验证仿真结果。FCIP的磁损耗与CF的介电损耗协同作用，使复合基板在8-16 GHz频段反射损耗<-10 dB。
【三层结构协同】顶层金属结构增强低频吸收，中层基板提供宽频损耗，底层铜膜实现零透射。最终器件在5-16 GHz范围平均吸收率>90%，相对带宽达104.7%，优于同类报道。

该研究通过材料-结构协同设计突破传统吸波材料性能瓶颈：FCIP提升磁导率，CF增强介电损耗与机械强度，PDMS基质赋予柔性特性；对称性I型槽设计实现极化不敏感和角度稳定性。特别值得注意的是，结构在13.4 GHz处雷达散射截面降低30 dB，这对飞行器隐身应用具有重要意义。研究获得重庆市教委等项目支持，为新一代智能电磁防护材料开发提供了重要参考。