突破性柔性超构石墨烯实现毫波长级超薄高选择性电磁吸收

为解决传统电磁吸收材料在柔性、超薄与高选择性难以兼容的难题，研究人员创新提出"共振-反共振匹配/超高损耗介质"架构，开发出柔性超构石墨烯（metagraphene）。该材料通过异常共振模式超表面与氮掺杂波纹石墨烯的协同作用，在0.001λ0创纪录厚度下实现选择性系数357.1的完美吸收，较现有技术提升1-2个数量级，为微型化电子设备提供革命性解决方案。

　　

电磁污染治理正面临前所未有的挑战，随着柔性电子设备、隐身系统和微波暗室等空间受限场景的快速发展，传统吸收材料在厚度与性能平衡上遭遇瓶颈。现有技术通过调控介电常数实部仅能实现厘米级（>0.01λ₀）厚度，且高损耗材料存在阻抗失配的物理矛盾，导致超薄化与高选择性难以兼得。这一困境严重制约了微型化集成技术的发展，亟需突破性解决方案。

清华大学电子工程系的研究团队在《Materials Science and Engineering: A》发表的研究中，开创性地提出柔性超构石墨烯（metagraphene）架构。该结构由上层异常共振-反共振超表面与下层超高损耗氮掺杂波纹石墨烯（BArGO）构成，通过波导-人工磁导体（waveguide-AMC）测量系统验证，在0.001λ₀厚度下实现Q值357.1的完美吸收，突破现有技术1-2个数量级。关键技术包括：1）丁胺处理制备大尺寸BArGO柔性膜；2）折叠十字形金属谐振器超表面设计；3）基于Havriliak-Negami（H-N）模型的介电行为调控；4）等离子体增强化学气相沉积（PECVD）实现亚微米级加工。

【实验性能】
通过定制波导测量系统证实，标准厚度（0.004λ₀）样品在8.2GHz处反射损耗达-47.3dB，选择性83.3；优化后超薄版本（0.001λ₀）在24.6GHz处吸收率99.9%，选择性提升至357.1，角度稳定性达60°。

【厚度极限】
理论模拟显示，当匹配层厚度（d_M）降至1μm时，损耗层厚度（d_L）可压缩至0.3μm，吸收率仍保持98%以上，证实材料具有亚毫米波应用的潜力。

【结论】
该研究首次实现高选择性完美吸收与毫波长厚度的统一，突破克劳修斯-莫索提（Clausius-Mossotti）方程对介电常数的限制。超构石墨烯展现的机械稳定性（弯曲半径<3mm）、频率普适性（2-40GHz）和可扩展生产特性，为可穿戴医疗传感、芯片级抗干扰等应用开辟新途径。Yue Li团队提出的"共振-反共振匹配"理论框架，为后续太赫兹波段超薄吸收器设计提供普适性指导。