南京大学Nature Communications | 链甲启发的新型超材料吸收器

一、解决的问题

1. 传统刚性吸收器难以贴合复杂曲面，尤其在非可展曲面（如马鞍面、球面）上存在适应性差、性能下降严重的问题。

2. 柔性吸收器在变形时易导致结构变形和电磁参数变化，吸波性能不稳定。

3. 静态吸收器受Rozanov极限限制，难以在固定厚度下实现超宽带吸收。

4. 现有可重构吸收器结构复杂、功耗高、响应慢，难以实现轻量化、低成本的动态调控。

二、提出的方法

1. 仿链甲结构设计：提出一种由“损耗性双层十字结构 + 无损耗矩形框架”组成的链甲单元，具备互锁拓扑结构，兼具刚性与柔性。

2. 3D打印一体化制备：采用双喷头FDM技术，一次成型，无需支撑，材料为CNT-PLA（损耗层）和纯PLA（框架层）。

3. 动态切换机制：通过弹性带和步进电机控制单元间距，实现吸收频段的可逆切换，无需持续供电。

4. 多物理场协同优化：结合有效介质理论、Lorentz模型和特征模分析，系统揭示吸波机理并指导结构优化。

三、实现的效果

1. 宽带高效吸收：在平面状态下，EAB为6.2–17.6 GHz，厚度仅5.5 mm。

2. 优异的共形性能：贴附于圆柱、马鞍、球面后，平均吸收率仅下降0.049，远优于传统结构（下降0.103–0.144）。

3. 动态频段切换：通过调整单元间距，吸收频段可覆盖4.6–18 GHz，突破Rozanov极限。

4. 高鲁棒性与可重复性：经过100次切换测试，性能稳定，吸收曲线标准差<0.015，且具备良好的机械承载能力。

5. 轻量化与低功耗：面密度1.7 kg/m²，切换后无需持续供电，适用于无人机、车载雷达、微波暗室等场景。

四、创新点

1. 首次将链甲结构引入微波吸收领域，实现“刚柔并济”的结构设计思路。

2. 提出“变形-无损”共形机制：通过单元间相对运动适应曲面，避免吸收部件变形。

3. 实现“动态切换”超宽带吸收：通过机械调控单元密度，突破Rozanov极限，实现频段可重构。

4. 系统揭示链甲结构的电磁响应机制：包括Lorentz共振、人工磁共振、特征模分析等多角度验证。

5. 提出低功耗、轻量化的可重构系统架构，仅用单电机+弹性带实现全阵列调控，具备工程应用潜力。

摘要：

图1：吸收器的设计理念与功能

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