通过增材制造技术制备的仿生微波迷宫复合材料，具备出色的宽带微波吸收性能，尤其适用于斜入射场景

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Bio-inspired microwave maze composite via additive manufacturing for robust and oblique-incidence broadband microwave absorption

　　

摘要

为满足对结构集成型微波吸收体的日益增长的需求，这类吸收体需兼具出色的承载能力、宽频带吸收特性和斜入射吸收性能。本研究设计并制造了一种受生物启发的复合材料，该材料采用了层次化的多孔结构。该结构的灵感来源于象甲甲壳中纤维增强、周期性排列的微观结构。基于三重周期最小表面（TPMS）的拓扑结构采用短途碳纤维增强聚酰胺（SCF/PA）通过增材制造工艺实现。在评估的各种TPMS结构中，原始的壳型结构因其宽频带吸收与机械强度的完美平衡而脱颖而出：在13.23 GHz频率下实现了-59.65 dB的反射损耗（RL），有效吸收带宽（EAB，RL ≤ -10 dB）为30.04 GHz（厚度为24.7 mm），同时抗弯强度为13.81 ± 1.20 MPa。随后，通过将玻璃纤维和碳纤维织物层压在TPMS核心上制备了夹层复合材料。这种复合材料的抗弯强度达到34.16 ± 0.64 MPa，密度为0.36 g/cm3，在12.78 GHz频率下仍保持30.92 GHz的有效吸收带宽和-36.61 dB的反射损耗。在65°的入射角度下，对于横电（TE）极化波，其吸收带宽保留了正常入射情况下（23.38 GHz）的75.6%；对于横磁（TM）极化波，这一比例达到了121.8%（37.67 GHz）。这种优异的性能得益于多种因素的协同作用：SCF增强材料的电损耗、TPMS多孔网络中的多次反射和延长传播路径，以及织物层带来的优化阻抗匹配。总体而言，这种受生物启发的多尺度设计策略为在复杂服役环境中实现宽频带斜入射微波吸收与增强结构功能提供了有益的途径。