《Nature Communications》：Chainmail-inspired conformable and switchable microwave metamaterial absorber
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本文报道了一种受链甲结构启发的可适形、可切换微波超材料吸波体，通过3D打印技术实现一体化制备。该结构在6.2–17.6 GHz频带内实现宽带高效吸收，其互锁拓扑单元在曲面贴合时吸收单元无变形，平均吸收率仅下降0.049，显著优于传统吸波材料。结合弹性带调控单元密度，吸波体可在膨胀与收缩状态间切换，实现4.6–18 GHz的累积带宽，突破Rozanov极限。该研究为复杂曲面电磁隐身与动态兼容性控制提供了新策略。
随着5G基站大规模天线系统和自动驾驶车载雷达的密集部署，电子设备间的电磁耦合干扰与环境散射问题日益突出。同时，探测技术的进步对敏感设施的雷达隐身提出了更高要求。传统微波吸波材料虽能部分缓解这些问题，但其刚性结构难以适配复杂曲面和可变形部件，限制了在高度集成电子系统中的应用。现有柔性吸波材料（如硅胶片、开孔泡沫）虽具有一定弯曲适应性，但面临性能折衷和非可展曲面贴合困难等挑战。如何实现兼具宽带高效吸收、曲面自适应与动态调控能力的吸波体，成为电磁兼容（EMC）与隐身技术的前沿难题。
在此背景下，南京大学谭瑞阳、周金堂与陈平团队受古代链甲 armor 的启发，在《Nature Communications》发表了一项创新研究。他们设计了一种链甲启发的可适形切换微波超材料吸波体，通过3D打印技术将损失性材料与结构性框架集成，构建出具有互锁拓扑的单元阵列。该结构在平面状态下可实现6.2–17.6 GHz的宽带有效吸收带宽（EAB），且对极化角度不敏感。更重要的是，单元间通过微小旋转即可贴合圆柱、鞍形等复杂曲面，吸收单元自身无变形，平均吸收率仅下降0.049，显著优于Salisbury屏幕、超表面和蜂窝结构等传统设计。研究进一步引入弹性带驱动单元间距变化，实现吸波体在膨胀与收缩状态间的动态切换，累积带宽覆盖4.6–18 GHz，突破了静态非磁性吸波体的Rozanov厚度-带宽极限。通过等效介质理论、Lorentz谐振模型与特征模分析（CMA），团队揭示了结构的双极子谐振与人工磁谐振协同作用机制，阐明了其宽带吸收与角度稳定性原理。该工作为无人机隐身、微波暗室干扰抑制等场景提供了轻量化、低功耗的动态吸波解决方案。
关键技术方法
研究采用双喷嘴熔融沉积建模（FDM）3D打印机一体化制备链甲吸波体，损失性部分为碳纳米管（CNT）填充的聚乳酸（PLA），框架为纯PLA。通过矢量网络分析仪与波导夹具测量复介电常数，利用改进拱形系统与微波暗室测试反射损耗与雷达散射截面（RCS）缩减。结合CST Microwave Studio仿真分析有效电磁参数与特征模，并通过SolidWorks运动模拟验证单元倾斜自由度。
研究结果
链甲单元设计
通过将链甲经典圆环结构优化为立方环（Type 1）并进一步引入损失性双层十字结构与无损矩形框架（Type 3），解决了初始设计的极化敏感性与机械强度不足问题。Type 3结构在保持5.5 mm薄厚的同时，机械强度提升近十倍，且极化差异带宽仅0.3 GHz。
微波吸收机制
CNT-PLA的高损耗正切主导能量耗散，十字偶极子结构引发Lorentz谐振（峰值约10 GHz），双层设计在8 GHz与14 GHz激发反平行电流产生人工磁谐振，协同拓宽带宽。吸波体在50°斜入射下仍保持90%以上吸收效率，特征模分析显示多模式互补辐射覆盖上半空间，保障宽角度稳定性。
可变形性分析
单元在四个主要倾斜方向（0°、90°、45°、135°）的最大倾角分别为41.2°、60°及完全悬垂，使其可贴合手指、手腕等曲面。
曲面吸收性能
在圆柱、鞍形（非可展曲面）及球-平面组合曲面上，链甲吸波体平均吸收率分别达86.6%与90.3%，带宽保留率93.78%，显著优于传统结构（Salisbury屏幕吸收率下降0.144）。
动态切换性能
通过步进电机驱动定位销与弹性带调控单元间距（边长24–30 cm），吸收主峰从8 GHz移至5.5 GHz，实现4.6–18 GHz累积带宽。切换后电磁参数仍符合Lorentz趋势，磁谐振行为稳定。100次循环测试与承重验证（z向75 kg）表明结构具备应用级鲁棒性。
结论与意义
该研究通过链甲结构创新性解决了微波吸波体在曲面适配与动态带宽调控中的核心矛盾。其单元无变形贴合机制保障了复杂曲面下的性能稳定性，而弹性驱动切换策略突破了Rozanov极限，实现了超宽带吸收。研究不仅推动了3D打印智能织物在微波领域的应用，更为无人机隐身、车载雷达EMC等场景提供了轻量化、低功耗的动态吸波新范式。
