《Nature Communications》：A synergistic design model for ultrathin broadband microwave absorbers using electromagnetic frequency dispersion coefficients
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为解决超薄宽带微波吸收材料（MAM）在重量敏感和空间受限应用中的设计难题，研究人员引入了电磁频散系数（EFDC）这一协同介电-磁参数，超越传统复杂机制，直接指导高性能MAM设计。通过优化EFDC，在1 mm和1.3 mm厚度下分别实现了7.04 GHz和9.28 GHz的超宽有效吸收带宽（EAB），且EFDC的温度不变性确保了材料在298 K至473 K范围内稳定的微波吸收性能。该研究为适用于复杂频率与热环境的强衰减吸收器设计提供了系统化策略。
在电子设备日益小型化、集成化，并广泛应用于航空航天、移动通信及隐身技术的今天，电磁兼容与电磁防护的重要性愈发凸显。微波吸收材料（Microwave Absorbing Materials, MAMs）作为“电磁盾牌”，能有效衰减并吸收不必要的电磁波，防止干扰、信息泄露或雷达探测。然而，传统吸收材料往往面临“厚、重、窄、娇气”的困境：为实现宽带吸收需要较大的厚度和重量，这与飞行器、卫星等对重量和空间极端敏感的应用场景背道而驰；同时，材料的电磁性能（如介电常数和磁导率）容易随环境温度变化而波动，导致吸收效果不稳定，难以应对设备发热或极端温度环境。因此，如何设计出既超薄、宽带，又能在宽温域内保持性能稳定的高性能微波吸收材料，成为该领域亟待攻克的核心难题。
以往的研究多聚焦于复杂的微观结构设计或繁琐的组分调控，试图分别优化材料的介电损耗和磁损耗能力。但这种“分而治之”的策略往往过程复杂，且难以直接、定量地关联到最终的微波吸收性能上，如同在没有清晰地图的情况下摸索前进。为了解决这一瓶颈问题，一项发表在《Nature Communications》上的研究提出了一种全新的设计范式。研究人员不再纠结于介电和磁性的独立机制，而是创造性地引入了一个名为“电磁频散系数”（Electromagnetic Frequency Dispersion Coefficient, EFDC）的协同参数。这个参数如同一把“万能钥匙”，将材料的固有电磁属性与其微波吸收性能直接、定量地联系起来。研究团队的核心思路是：通过主动设计和优化EFDC，就能像调节旋钮一样，精准地调控材料的吸收带宽和厚度。
为了验证这一理念，研究人员开展了一系列系统的设计与实验工作。他们首先建立了EFDC与微波吸收关键指标（如反射损耗和有效吸收带宽EAB）的理论模型。接着，通过精心设计材料的成分与结构，制备出具有不同EFDC值的样品。利用矢量网络分析仪（Vector Network Analyzer）精确测量了材料在微波频段（如2-18 GHz）的电磁参数（复介电常数与复磁导率），并据此计算出其EFDC。随后，通过模拟与实验相结合的方式，系统评估了这些样品的微波吸收性能，特别是不同厚度下的EAB。
研究结果有力地证实了EFDC模型的强大指导作用：
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超薄与宽带的突破：通过优化EFDC，研究成功设计出性能卓越的超薄吸收体。在仅1.0 mm的极小厚度下，实现了7.04 GHz的超宽有效吸收带宽（EAB）。当厚度略微增加至1.3 mm时，EAB进一步提升至9.28 GHz。这些数据显著优于许多已报道的同类超薄材料，证明了基于EFDC的设计策略在实现“薄而宽”吸收方面的卓越能力。
- 2.
宽温域性能稳定性：研究深入考察了环境温度对材料性能的影响。一个有趣的发现是，尽管材料的复介电常数和复磁导率各自随温度升高（从298 K到473 K）表现出不同的变化趋势，但它们协同作用下的关键参数——EFDC却显示出优异的温度不变性。这意味着，EFDC作为一个整体描述因子，能够抵消组分参数独立热变化带来的不利影响。因此，基于优化EFDC设计出的吸收材料，其微波吸收性能在宽温度范围内保持一致，解决了传统材料因热敏性导致的性能退化难题。
该研究的结论与讨论部分强调，EFDC的引入颠覆了传统基于试错或复杂机制分析的微波吸收材料设计方法。它提供了一个简洁、普适且物理图像清晰的协同设计框架。这项工作的意义在于：首先，它从原理上建立了材料本征参数与宏观吸收性能之间的直接桥梁，使材料设计从“经验摸索”走向“理性调控”。其次，所展示的超薄、宽带且热稳定的吸收性能，对于满足下一代高端装备在严苛尺寸、重量及热环境下的电磁防护需求具有直接的应用价值。最后，EFDC所体现的“协同”思想，即通过整合多个物理量来获得更稳定、更有效的性能描述符，也为其他多功能材料的设计提供了重要的方法论启示。总之，这项研究为开发适用于复杂频率与热环境的高性能微波吸收材料奠定了坚实的理论基础，并指明了一条高效的实践路径。
