【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，材料科學與工程學院劉峣教授、張子棟教授團隊在Advanced Materials發(fā)表了題為 “Dorsiventrally Bicolored Leaf-Inspired Metamaterial Absorbers for Tailorable Electromagnetic Absorption”的研究論文。材料科學與工程學院博士研究生劉瀟涵為第一作者，劉峣教授、張子棟教授為通訊作者。
 

　　隨著無線通信、雷達探測、電子對抗和高度集成電子設備的快速發(fā)展，復雜電磁環(huán)境下的電磁干擾防護需求日益突出。高性能電磁波吸收材料是實現(xiàn)電磁兼容、信息安全和雷達隱身的重要基礎。然而，傳統(tǒng)吸波材料在有限厚度下難以同時兼顧寬頻高效吸收與目標頻段吸收增強的按需設計。現(xiàn)有設計策略主要依賴材料組分調控、三維結構優(yōu)化或超材料諧振設計，仍存在結構復雜、變量耦合強、目標頻段可定制能力不足等問題。因此，如何構建一種能夠兼顧寬頻高效吸收與目標頻段可定制增強的新型吸波體設計策略，是該領域亟待解決的關鍵問題。
 

　　自然界中的背腹異色葉片為解決這一問題提供了新的啟發(fā)。該類葉片通常具有功能分工明確的上下表面：綠色正面主要承擔寬譜光利用功能，而紫色背面則通過色素和組織結構對特定光譜進行補充調控。受此啟發(fā)，研究團隊提出了一種“寬頻吸收平臺+頻率選擇性反饋層”的仿生設計策略，將背腹異色葉片中的分工協(xié)同機制引入電磁吸波超材料設計，構建了兼具寬頻吸收與目標頻段增強能力的仿生超結構吸波體。該仿生吸波體主要由三維羰基鐵吸波層和頻率選擇性反饋層組成。其中，頂部三維吸波層通過漸變阻抗匹配、增強電磁耦合和多級損耗通道實現(xiàn)寬頻基礎吸收；底部反饋層則通過諧振調控和相位輔助干涉機制，對吸波層的薄弱吸收頻段進行定點補強。與單純依賴材料損耗或單一超表面諧振的傳統(tǒng)設計不同，該結構將材料耗散、幾何調控、諧振反饋和相位干涉有機結合，實現(xiàn)了吸波性能的協(xié)同提升。
 

　　研究表明，該仿生超結構在整體厚度為4 mm 的條件下，實現(xiàn)了18–40 GHz 范圍內80%以上的電磁波吸收。通過調整底部反饋層的結構尺寸可在特定頻點引入可設計的吸收增強峰，實現(xiàn)對薄弱吸收頻段內頻點的定向補強。仿真及實驗結果顯示，該結構可在X至K波段內形成離散增強吸收峰，并可通過結構參數(shù)調控實現(xiàn)峰位移動。為揭示吸收增強機制，研究團隊結合功率損耗分布、反射相位和等效電路模型進行了系統(tǒng)分析。結果表明，反饋層不僅能夠通過諧振效應調控局域電磁場，還可與上層吸波體協(xié)同作用，促進電磁能量向損耗介質中耦合并耗散；同時，吸波平臺與反饋層之間的反射相位關系有助于降低外部反射，從而進一步提升整體吸收效率。該結構還在吸收增強頻點處表現(xiàn)出明顯的雷達散射截面縮減能力，驗證了其在電磁隱身領域的應用潛力。此外，研究團隊引入機器學習輔助設計方法，建立了反饋層幾何參數(shù)與吸收響應之間的映射關系，可在預設設計空間內快速篩選滿足目標頻點增強需求的結構參數(shù)，從而降低傳統(tǒng)全波仿真反復試錯的設計成本，為可定制電磁吸波超材料的快速優(yōu)化提供了有效途徑。
 

　　該工作從背腹異色葉片的結構—功能分工中提取仿生設計原則，提出了面向薄弱頻段定向補強的寬頻吸波超材料設計框架。研究不僅為輕薄化、寬頻化和可調控電磁吸波器件的設計提供了新的結構策略，也為仿生電磁功能材料在雷達隱身、電磁防護和復雜電磁環(huán)境調控等領域的應用提供了有益參考。
 

　　上述研究工作得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金、山東省重點研發(fā)計劃等項目的資助，得到了高端裝備涂料全國重點實驗室、山東省超材料與電磁調控技術重點實驗室的支持。
 

　　引用：劉峣、張子棟教授團隊在超材料吸波結構研究領域取得新進展 山東大學 【引用時間：2026年7月13日】