综述：仿生与生物启发的多光谱隐身材料：设计策略、制造方法及其雷达与红外性能

《Next Materials》：Biomimetic and bio?inspired multispectral stealth materials: Design strategies, fabrication, and radar infrared performance

　　苏米特·帕特尔 | 萨希尔·夏尔马 | 苏曼·甘迪 | 赛迪·雷迪·帕尔内 | 林加·雷迪·森克拉马迪
印度果阿国家技术学院应用科学系，果阿403703

**摘要**
仿生和生物启发式方法通过结合结构驱动的电磁（EM）波控制与材料级别的热调节，为下一代多光谱隐身技术提供了一条有前景的途径。本文综述了仿生雷达和红外隐身材料的最新进展，重点关注生物设计原理、制造策略、电磁波和红外波损耗机制以及多功能集成。首先总结了雷达截面积减小和红外特征抑制的理论基础，然后分类了关键的生物启发式结构——蛾眼、荷叶、蜘蛛网、蜂窝结构、植物衍生结构等，并讨论了这些结构如何调节散射、阻抗匹配、多次内反射、界面/偶极极化以及导电/磁损耗以实现宽带微波吸收。接下来，我们回顾了受北极熊毛皮、撒哈拉银蚁、头足类动物等生物启发的红外隐身策略，这些策略用于热绝缘、发射率控制和适应性伪装。比较了多种制造方法，包括水热法、电纺法、模板法、3D打印、冷冻干燥、化学气相沉积（CVD）和超材料图案化，以及常见的组成平台（如碳基材料、MXenes、导电聚合物、铁氧体和纳米复合材料），强调了工艺-结构-功能之间的联系。我们重点介绍了同时具备低雷达截面积、低红外发射率、机械强度、超疏水性和轻量化设计的多功能隐身材料实例。最后，指出了当前面临的挑战——多光谱兼容性、环境耐久性、厚度/重量限制以及可扩展制造，并提出了集成材料结构优化和主动/适应性隐身系统的未来发展方向。这篇综合性的综述为开发高性能仿生多光谱隐身材料提供了设计指南和路线图，适用于航空航天、海军和可穿戴应用。

**1. 引言**
在现代冲突环境中，先进的雷达系统很容易探测到战斗机、无人机和导弹等空中目标。因此，隐身技术的主要目标是减少物体发出的或反射的信号[1]、[2]、[3]。这些信号包括雷达信号、红外（IR）信号、可见光信号和声波信号[4]、[5]、[6]、[7]。其中，雷达和红外隐身尤为重要，因为它们被广泛用于现代探测和瞄准系统。它们显著降低了雷达截面积（RCS），也被称为低可观测性技术（LOT），是最有效的隐身技术[8]、[9]、[10]。为了实现这些能力，采用了先进的材料和设计原理。隐身技术主要应用于军事平台——飞机、舰船和导弹，通过减少信号来降低雷达和其他监控系统的探测能力[11]、[12]、[13]。将隐身技术集成到军事应用中，例如在飞机、舰船和导弹上涂覆电磁波吸收材料，可以降低其在可见光、红外和雷达频谱中的可见性[14]、[15]。雷达主要在飞机和无人机进入监测空域时对其进行探测。发射的雷达信号会被飞机反射回雷达。特别是对于军用飞机和无人机，所有新的设计都采用了低可观测性的原则和技术。传统隐身技术关注雷达、红外（IR）、可见光和声波。雷达波和可见光波属于电磁波（图1），而声波属于声波[16]、[17]。雷达系统通常工作在30 MHz至40 GHz的微波频率范围内，这一频率用于监视、空中交通控制和卫星通信等。减少雷达信号有两种方法：几何形状设计和涂覆特殊材料以吸收雷达波。通过设计物体的形状使其将雷达波向不同方向散射，可以降低雷达截面积（RCS），例如洛克希德F-117A飞机[18]。物体表面可以涂覆特殊材料以吸收雷达能量并将其转化为热量，从而减少雷达信号的反射。碳基材料、陶瓷基材料、聚合物基材料、混合材料和铁氧体材料常被用来有效降低物体的雷达截面积（RCS）[19]、[20]、[21]、[22]、[23]。

**2. 雷达和红外隐身的理论突破**
2.1. 雷达隐身
雷达是一种无线电探测和测距技术，由克里斯蒂安·赫尔斯迈尔在第一次世界大战前首次获得专利。雷达系统在第二次世界大战期间开始发展，并且至今仍在不断进步。雷达的工作原理是向目标方向发射电磁（EM）波能量。电磁波以光速传播（图3）。雷达通过测量特定电磁波从发射到被目标反射回到接收器所需的时间来工作[56]。反射波提供了目标的信息，如距离、角度位置、速度、方向、大小和形状[57]。雷达隐身技术是一种反雷达探测技术，是广泛使用的隐身形式。以下公式（1）和（2）用于计算雷达与目标之间的距离：
(1) \(R = \frac{ct}{2}\)
其中 \(R\) 是雷达与目标之间的距离；\(c\) 是光速；\(t\) 是电磁波从发射到被目标反射所需的时间。

**图3. 多光谱隐身机制示意图**
通过多次反射、界面极化和复合介电-磁损耗实现微波衰减，而低发射率的红外涂层则抑制热辐射，从而实现有效的雷达和红外隐身。雷达的基本方程为：
(2) \(P_r = \frac{P_t G_t \sigma}{4\pi R^4 \times A}\)
其中 \(P_r\) 是返回功率；\(P_t\) 是发射器功率；\(G_t\) 是发射天线增益；\(A\) 是接收天线孔径；\(R\) 是目标与雷达之间的距离；\(\sigma\) 是目标的雷达截面积（RCS，单位为平方米）[58]。
雷达探测范围（RRE）取决于目标的雷达截面积（RCS），用 \(\sigma\) 表示。

**3. 仿生和生物启发式隐身材料的研究进展**
本文系统分析了仿生和生物启发式隐身材料的研究进展，包括制造技术、生物原理以及电磁波吸收和红外波损耗机制。我们重点研究了复杂结构及其工作原理，并提出了实现兼容性的潜在解决方案。同时总结了当前仿生材料领域的研究成果以及高性能材料的未来发展方向。RCS（雷达散射截面）也可以用dBsm（相对于一平方米的分贝）来表示，通过以下公式（5）计算：σ(dBsm) = 10log10(σm2/σR)，其中σR是面积为1平方米的参考物体的RCS。根据公式（5），某些目标的RCS值分别为：鸟类-20 dBsm（0.01平方米），巡航导弹-0 dBsm（1平方米），战斗机-20 dBsm（100平方米），船舶-40 dBsm（10,000平方米）[61]，[62]。RCS降低技术旨在减少物体的被探测概率并提高其在雷达面前的生存能力。RCS降低技术可以分为四大类：1）物体形状；2）主动消除；3）被动消除；4）雷达吸收材料（RAMs）。每种技术的单独或联合使用都具有一定的优缺点[63]，[64]。能够显著衰减入射微波的微波吸收材料的工作频率范围为2至18 GHz，包括S波段、C波段、X波段和Ku波段。这些材料将入射的电磁波转化为热能并散发掉[65]，从而使物体减少或完全不反射电磁波。通过隐身技术改变物体形状非常困难，因为成本较高。因此，雷达吸收材料是实现雷达隐身的理想选择。微波吸收材料的关键因素包括阻抗匹配、反射损耗（RL）和衰减。当物体的阻抗匹配值接近零时，意味着反射的波量较少[32]，[66]。（6）Z0 = μ0ε0 = E/H，其中E是电场，H是磁场。μ0是真空的磁导率，ε0是真空的介电常数。如果材料的反射为零，则其阻抗值约为377Ω。反射损耗定义为入射到物体上的电磁波与被物体反射的电磁波之间的比率，通常以分贝（dB）表示。电磁波的吸收性能通过反射损耗（RL）来衡量[67]，[68]。根据传输线理论，反射损耗（RL）可以通过以下公式计算：（7）Zin = Z0μrεr / (1 + j(2πfd/c)μrεr) （8）RL(dB) = 20log(Zin/Z0 + Z0)。当RL值低于-10 dB或-20 dB时，这些材料的微波吸收效率分别超过90%和99%。为了最小化反射，理想的输入阻抗条件是Zin ≈ Z0。如果Zin接近零（例如金属表面），则会发生严重的阻抗不匹配[68]，[69]。此外，电磁波吸收材料的性能还取决于其厚度、入射角度以及材料的特定属性。为了实现雷达隐身，会在飞机表面涂覆介电材料、磁性材料和导电材料。

2.2. 红外隐身
所有物质都会持续发出高于热力学零度的热辐射，这种辐射属于红外（IR）辐射[70]。红外辐射是一种电磁波，其波长范围从0.75到1000 μm，可以分为近红外（0.76–2.5 μm，NIR）、中红外（3–8 μm，MIR）和远红外（8–14 μm，FIR）三个部分。红外辐射在特定波长范围内穿过大气层时会被吸收或散射，这些波长范围被称为大气红外窗口[71]，[72]。红外探测主要在3–5 μm（MIR）和8–14 μm（FIR）频率范围内进行。红外隐身技术主要用于军事应用。

点源探测与探测系统能够检测到的最大距离有关[73]。（9）R = (Jτa)^(1/2)π2D0/NAτ0^(1/2)ωf^(1/2)(Vs/Vn)^(1/2)，其中R是可检测到的最大距离，J是物体的辐射强度，τa是大气透射率；D0和NA分别代表红外探测系统中的接收孔径和数值孔径；ω是瞬时视场角；f代表系统带宽；Vs和Vn分别代表信号强度和噪声强度。红外系统中的最大探测距离直接与红外辐射强度和大气透射率相关。通过增加红外辐射强度和物体的大气透射率可以提高探测距离[73]。

维恩位移定律描述了物体发出的辐射峰值波长与其温度之间的直接关系[74]：λmax = T × b，其中λmax是辐射的波长，T是温度，b是维恩位移常数2.898 × 10^-3 m·K。根据该公式，高温物体发出的辐射波长较短，而低温物体发出的辐射波长较长，特别是在中红外（MIR）到远红外（FIR，3–14 μm）波段。这种技术广泛应用于热成像探测系统中。

成像探测是通过比较物体发出的热辐射与周围背景的热辐射差异来实现的（图3）（10）C = (ET ? EB)/EB，其中C是辐射强度常数；ET是目标的热辐射强度；EB是环境的热辐射强度。通过降低物体的红外辐射强度或增加背景环境的红外辐射强度，可以减少探测距离[73]。点源探测和成像探测是两种常见的探测方法。红外隐身的目标是通过最小化目标的红外特征及其与背景的对比度来减少被探测范围。

根据斯特藩-玻尔兹曼定律（11），可以计算出物体发出的总红外辐射量：W = σεT^4，其中W是物体的红外辐射强度，σ是玻尔兹曼常数，ε是物体的红外发射率，T是物体的温度。通过降低物体的表面温度和红外发射率可以减少其红外辐射。其中，红外发射率在决定红外隐身材料的隐身性能方面起着关键作用。物体的红外发射率介于0到1之间，理想黑体的发射率为1，表示其具有最高的热辐射能力[76]，[77]。低发射率意味着物体辐射的热量较少，从而具有更好的红外隐身性能。红外隐身材料通常具有0.1–0.3的发射率，这类材料被认为是低发射率材料；发射率在0.01–0.1之间的材料具有超低发射率，表现出优异的红外隐身性能。为了降低被红外探测的概率，可以通过热防护、隔热、控制红外发射率以及优化物体设计来减少物体发出的总热辐射量。红外隐身材料在中红外（MIR）和远红外（FIR）波段的发射率较低[78]。根据不同的工作机制，红外隐身材料可分为五类：低发射率材料、红外反射材料、红外吸收材料、光子晶体、热绝缘材料以及自适应和智能红外隐身材料。

3. 受生物启发的隐身技术
经过数百万年的进化，植物和生物体具备了近乎完美的功能和结构特性。科学家们从生物系统中获得了灵感，这成为开发新材料的重要途径[79]。自然界为解决相关问题提供了创新方案。受生物启发的材料被用来开发具有更高适应性、效率和功能性的先进隐身材料。通过模仿各种生物系统的结构、特性和功能，可以制造出新型材料以提升隐身技术。自然界中的许多植物和生物体具有复杂的结构、微观到纳米级的图案以及有效的电磁波和红外波特征操控机制。科学家和工程师从这些生物系统设计中汲取灵感，开发出具有良好隐身能力的新型材料。例如，蝴蝶翅膀鳞片上的反反射纳米结构可以操控光线，这种结构着色技术被用于制造轻质、多功能的隐身涂层材料。此外，撒哈拉银蚁的隔热特性也被用来减少其红外特征。蜂窝结构也被研究用于隐身技术。不同种类的生物为隐身技术的研究提供了丰富的灵感。

受生物启发的材料通过实现不同的微波吸收条件，展现出复杂的几何结构和功能。已经对链状、立方体状、六边形状和花状等多种结构进行了研究。由于天然材料的复杂精密微观结构，科学家们正在研究模仿这些自然结构的生物系统的结构和功能。本章的重点是受生物启发的材料及其微观结构设计以及电磁调控机制[80]，[81]。

3.1. 雷达隐身
3.1.1. 蛾眼结构
在自然界中，蛾眼结构具有独特的光学特性和几何结构。其表面覆盖着排列成重复图案的微小六边形细胞，是自然界中最有效的抗反射微结构之一。关于蛾眼结构的研究主要集中在可见光频率范围内[82]，[83]。这种微米级和毫米级特征的层次化排列使得它可以有效操控从微波到紫外线范围内的电磁波。蛾眼结构在电磁波吸收材料中的应用旨在开发高效且成本效益高的新型材料[84]，[85]。蛾眼结构通过精确控制微观结构和材料成分来有效吸收微波。蛾眼的三维结构还增加了材料的比表面积，从而增加了与表面的波相互作用以及向各个方向的电磁波散射，并将电磁波能量转化为热能和内部损耗[86]，[87]。这种几何结构设计不仅提高了材料的吸收性能，还减轻了其重量和密度，有助于制造轻质且高吸收率的材料。

蛾眼结构以高度有序的六边形阵列排列，如图4（A，B）中的SEM图像和数字照片所示[88]。新型层次化材料由毫米级底层填充的碳酰铁粉末（FCIPs）和聚乙烯薄膜制成的上层组成，SEM分析显示碳酰铁颗粒在聚氨酯（PU）基质中均匀分散（图5A）。蛾眼结构启发的微波吸收超材料的制备和制造过程，其平面视图和横截面SEM图像（图5B）展示了材料的表面形态和结构特点，这种材料具有轻质、疏水性，并能实现自清洁效果和宽带性能。不同厚度的样品具有不同的微波吸收峰值，例如6.4 mm、4.8 mm和3.2 mm的样品分别在9 GHz、10 GHz和9–17 GHz处的吸收峰值为-11 dB、-12 dB和-14 dB。将FCIPs在400°C下退火60分钟后，3.2 mm材料的吸收峰值为-19 dB（图5C）。这些超材料表现出良好的吸收能力[89]。Chen等人[90]使用导电石墨粉末和环氧树脂混合后压制在模具中制备了蛾眼仿生结构。

3.2. 红外隐身
所有物质都会不断发出高于热力学零度的热辐射，这种辐射属于红外（IR）辐射[70]。红外辐射是一种电磁波，其波长范围从0.75到1000 μm，可以分为近红外（0.76–2.5 μm，NIR）、中红外（3–8 μm，MIR）和远红外（8–14 μm，FIR）三个部分。红外辐射在特定波长范围内能够穿透大气层、被吸收或散射。红外探测主要在3–5 μm（MIR）和8–14 μm（FIR）频率范围内进行。红外隐身技术主要用于军事应用。

点源探测与探测系统能够检测到的最大距离有关[73]。（9）R = (Jτa)^(1/2)π2D0/NAτ0^(1/2)ωf^(1/2)(Vs/Vn)^(1/2)，其中R是可检测到的最大距离，J是物体的辐射强度，τa是大气透射率；D0和NA分别代表红外探测系统中的接收孔径和数值孔径；ω是瞬时视场角；f代表系统带宽；Vs和Vn分别代表信号强度和噪声强度。红外系统中的最大探测距离与红外辐射强度和大气透射率直接相关。通过增加红外辐射强度和物体的大气透射率可以提高探测距离[73]。

维恩位移定律描述了物体发出的辐射峰值波长与其温度之间的直接关系[74]：λmax = T × b，其中λmax是辐射的波长，T是温度，b是维恩位移常数2.898 × 10^-3 m·K。高温物体发出的辐射波长较短，而低温物体发出的辐射波长较长，特别是在中红外（MIR）到远红外（FIR，3–14 μm）波段。这种技术广泛应用于热成像探测系统中。

成像探测是通过比较物体发出的热辐射与周围背景的热辐射差异来实现的（图3）（10）C = (ET ? EB)/EB，其中C是辐射强度常数；ET是目标的热辐射强度；EB是环境的热辐射强度。通过降低物体的红外辐射强度或增加背景环境的红外辐射强度可以减少探测距离[73]。点源探测和成像探测是两种常见的探测方法。红外隐身的目标是通过最小化目标的红外特征及其与背景的对比度来减少被探测范围。

根据斯特藩-玻尔兹曼定律（11），可以计算出物体发出的总红外辐射量：W = σεT^4，其中W是物体的红外辐射强度，σ是玻尔兹曼常数，ε是物体的红外发射率，T是物体的温度。通过降低物体的表面温度和红外发射率可以减少其红外辐射。其中，红外发射率在决定红外隐身材料的隐身性能中起着关键作用。物体的红外发射率表示物体表面发出的热辐射与相同温度下理想黑体发出的热辐射之比。物体的发射率介于0到1之间，理想黑体的发射率为1，表示其具有最高的热辐射能力[76]，[77]。低发射率表明物体辐射的热量较少，从而具有更好的红外隐身性能。红外隐身材料通常具有0.1–0.3的发射率，这类材料被认为是低发射率材料；发射率为0.01–0.1的材料具有超低发射率，表现出极佳的红外隐身性能。为了降低被红外探测的概率，可以通过热保护、隔热、控制红外发射率以及优化物体设计来减少物体发出的总热辐射量。红外隐身材料在中红外（MIR）和远红外（FIR）波段的发射率较低[78]。根据不同的工作机制，红外隐身材料可分为五类：低发射率材料、红外反射材料、红外吸收材料、光子晶体、热绝缘材料以及自适应和智能红外隐身材料。

3. 受生物启发的隐身技术
经过数百万年的进化，植物和生物体具备了功能性和结构上的完美特性。科学家们从生物系统中获得了灵感，这成为开发新材料的重要途径[79]。自然界为解决相关问题提供了创新方案。受生物启发的材料被用来开发具有更好适应性、效率和功能性的先进隐身材料。通过模仿各种生物系统的结构、特性和功能，可以制造出新型材料以提升隐身技术。自然界中的许多植物和生物体具有复杂的结构、微观到纳米级的图案以及有效的电磁波和红外波特征操控机制。科学家和工程师从这些生物系统设计中汲取灵感，开发出具有优异隐身能力的新型材料。例如，蝴蝶翅膀鳞片上的反反射纳米结构可以操控光线，这种结构着色技术被用于制造轻质、多功能隐身涂层材料。同样，撒哈拉银蚁的隔热特性也被用来减少其红外特征。此外，蜂窝结构也被研究用于隐身技术。各种生物种类为隐身技术的研究提供了丰富的灵感。

受生物启发的材料具有复杂的几何结构和功能，能够实现不同的微波吸收条件。已经对链状、立方体状、六边形状和花状等多种结构进行了研究。由于天然材料的复杂精密微观结构，科学家们正在研究模仿这些自然结构的生物系统。本章的重点是受生物启发的材料及其微观结构设计以及电磁调控机制[80]，[81]。

3.1. 雷达隐身
3.1.1. 蛾眼结构
在自然界中，蛾眼结构具有独特的光学特性和几何结构。其表面覆盖着排列成重复图案的微小六边形细胞，是自然界中最有效的抗反射微结构之一。关于蛾眼结构的研究主要集中在可见光频率范围内[82]，[83]。这种微米级和毫米级特征的层次化排列使得它可以有效操控从微波到紫外线范围内的电磁波。蛾眼结构启发的复杂结构设计的主要目标是开发高效且成本效益高的新型材料[84]，[85]。蛾眼结构启发的材料通过精确控制微观结构和材料成分来有效吸收微波。蛾眼的三维结构还增加了材料的比表面积，从而增加了与表面的波相互作用和向各个方向的电磁波散射，并将电磁波能量转化为热能和内部损耗[86]，[87]。这种几何结构设计不仅提高了材料的吸收性能，还减轻了其重量和密度，有助于制造轻质且高吸收率的材料。

蛾眼结构以高度有序的六边形阵列排列，如图4（A，B）中的SEM图像和数字照片所示[88]。新型层次化材料由毫米级底层填充的碳酰铁粉末（FCIPs）和聚乙烯薄膜制成的上层组成，SEM分析显示碳酰铁颗粒在聚氨酯（PU）基质中均匀分散（图5A）。蛾眼结构启发的微波吸收超材料的制备和制造过程，其平面视图和横截面SEM图像（图5B）展示了材料的表面形态和结构特点，这种材料具有轻质、疏水性，可以自清洁，并具有宽带性能。不同厚度的样品在不同频率下的吸收峰值不同，例如6.4 mm、4.8 mm和3.2 mm的样品分别在9 GHz、10 GHz和9–17 GHz处的吸收峰值为-11 dB、-12 dB和-14 dB。将FCIPs在400°C下退火60分钟后，3.2 mm材料的吸收峰值为-19 dB（图5C）。这些超材料表现出良好的吸收能力[89]。Chen等人[90]使用导电石墨粉末和环氧树脂混合后压制在模具中制备了蛾眼仿生结构。

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图4. A）蛾眼的数字照片；B）真实蛾眼结构的SEM图像[88]
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图5. A）PU基质中碳酰铁粉末均匀分布的SEM图像；B）毫米级超材料的SEM图像：蛾眼结构启发的平面层次结构；C）400°C退火后的毫米级超材料的反射损耗曲线；D）使用石墨-环氧树脂混合物制备的蛾眼结构；E）蛾眼结构启发的石墨结构的Cole-Cole曲线；F）蛾眼结构启发的石墨结构的反射损耗图；G）蛾眼结构启发的六边形结构和SCIP及PU材料的SEM图像；H）蛾眼结构启发的反射实验样品是通过注塑成型制备的。3D打印用于制作模具，模具中混合了石墨和环氧树脂。材料被填充到模具中，并在80℃下干燥。实验样品在15 GHz频率下的反射损耗为-38 dB，与图5F中的仿真和实验结果一致。介电常数的实部（ε′）和虚部（ε′′）随频率的增加而减小，这意味着能量储存能力降低，如图5E所示。Duan等人[91]将SCIP和PU按一定比例混合，以防止羰基铁粉飞溅。这种混合物在1200转/分钟的速度下搅拌15分钟，随后放入超声波处理器中处理15分钟以消除团聚现象。最后，向混合物中加入硬化剂并搅拌2分钟。仿生蛾眼结构的设计被应用于铝板模具中，然后放入真空烤箱中干燥（图5G）。这些填充了模具的材料在80℃下干燥15分钟。这种仿生六边形结构用于CST Studio中的仿真和实验，以实现对电磁波的最小吸收，结果显示在10.48 GHz时的反射损耗（RL）为-26.14 dB，六边形结构的边长不同，如图5H.3.1.2所示。

莲花叶是研究最多的自然表面之一，它具有超疏水性和自清洁能力等显著特性。叶子表面的水滴能够保持完整的形状，并且由于风等外部因素的影响容易滚动，而不会被吸收，这种现象被称为“莲花叶效应”[92][93]。这些特性源于叶子的层次化微/纳米结构以及均匀覆盖表面的表皮蜡。其粗糙度和低表面能的结合使得水滴能够在表面漂浮，并带走表面的污垢和其他污染物[93][94]。科学家和工程师长期以来一直在研究莲花叶的自清洁特性，试图将其应用于合成材料中。通过模仿叶子表面的结构和化学特性，可以开发出用于生物医学、汽车、光学设备和飞机等的疏水涂层。这些特性在电磁领域具有潜在的应用价值，特别是在设计微波吸收材料方面。莲花叶表面的微/纳米层次结构使其具有抗水性，为工程材料提供了自然蓝图，能够散射多个内部反射并分散电磁能量。其表面形态启发了一种合成复合材料的制造方法，从而开发出了多孔结构、轻质且高性能的微波吸收器。扫描电子显微镜被广泛用于揭示莲花叶表面的微观结构，如图6A和B所示。一些现象只能在扫描电子显微镜下观察到[95]。叶子表面的层次结构由微乳突（通常是蜡管）组成。这两种尺度结构共同作用，以最小化表面能并捕获空气囊泡，减少叶子与水滴之间的接触。

Su等人[96]研究了从莲花叶超疏水性衍生出的s-(Ni@SiC)P复合颗粒，该颗粒通过两步工艺制备：第一步是(SiC)P的预处理，第二步是改性处理，从而制备出这些复合颗粒s-(Ni@SiC)P。水滴的接触角高达156°，表现出良好的超疏水性。表面形态分析显示，s-(Ni@SiC)P复合材料形状不规则，密度大且尺寸不一，这些凸起形成了超疏水性，如图7A所示。与(SiC)P粉末相比，s-(Ni@SiC)P的磁损耗和介电损耗有所增加。计算了不同频率和厚度下的s-(Ni@SiC)P和(SiC)P的反射损耗(RL)，如图7B所示。所有RL值在X波段的频率下均低于-5 dB，对于1.0–5.0 mm的不同厚度，原始(SiC)P的微波吸收能力非常低。对于2.0 mm厚的材料，在11.36 GHz时s-(Ni@SiC)P的RL值达到-35.78 dB。即使样品厚度为1.5 mm，在14.96 GHz时，材料的最低RL值也为-20.3 dB。s-(Ni@SiC)P材料的电磁波吸收损耗机制如图7C所示。Liu等人[97]研究了受莲花叶启发的3D打印轻质材料，用于K波段的隐身应用。这些材料由MWCNT/PPy/Fe3O4复合材料制成，CNT、PPy和Fe3O4的重量比例分别为12%、23%和65%。为了制备0.5 wt%的MWCNT/PPy/Fe3O4复合材料，使用了3D打印液态树脂（光聚合）。UV固化3D打印机制造了莲花叶结构（图7D），叶形空心孔和底部锥体的组合形成了轻质结构。扫描电子显微镜图像显示了莲花叶结构的几何图，如图7E所示。在CST Microwave Studio中对莲花叶结构进行仿真，结果显示其微波吸收能力高于蜂窝结构；蜂窝结构的最低吸收峰为-8.6 dB（23.62 GHz）。受莲花叶启发的结构在20.10 GHz和23.81 GHz处有两个较强的吸收峰，分别为-22.30 dB和-19.10 dB。莲花叶结构在19.60–20.41 GHz和23.00–24.80 GHz频段的宽频带吸收损失低于-10 dB。莲花叶结构在微波吸收性能中起着关键作用，多种几何参数对其有影响，包括边长、孔径和锥体高度。所有几何参数都经过优化，制备了用于电磁波吸收的测试样品。测试样品和CST Studio的结果总体一致，如图7F所示。实验测试结果显示，在5°入射角下，该结构的最低反射损耗为-32.30 dB，在20.80–20.40 GHz范围内的电磁损耗小于-10 dB。

Pan等人[98]研究了具有宽带电磁波吸收能力的多孔C/MoS2衍生莲花叶形态。这种复合材料是通过单锅水热工艺制备的。水热处理后，将干燥的C/MoS2粉末加热到700 ℃，得到LCMS-700材料。从扫描电子显微镜分析来看，MoS2在水热过程中在莲花叶的两侧生长不同：正面形成类似花朵的结构，背面则是扁平的片状和半球形，如图8A所示。LCMS-700材料由于可调的导电损耗和增强的极化损耗而表现出良好的电磁波吸收能力（图8C）。LCMS-700材料的最低反射损耗(RL)值为-50.1 dB（13.24 GHz，厚度2.4 mm，图8B）。有效吸收频率范围为10.52–16.32 GHz。Jiang等人[99]通过水热和CVD方法合成了新型NiS/碳纳米纤维/多孔碳复合材料，用于微波吸收应用。扫描电子显微镜图像（图8D）显示，结构有序的CNFs和CNTs成功沉积在莲花叶表面，形成了明确的层次结构。SEM图像显示Ni和S元素在碳基质中均匀分布。LNSF-550在6.2 GHz时的反射损耗(RL)为-24.31 dB（厚度5.00 mm），LNSF-650在12.6 GHz时的反射损耗(RL)为-67.65 dB（厚度2.32 mm），其宽带频率吸收范围为12.1–18.0 GHz。NiS/碳纳米纤维/多孔碳复合材料的电磁波损耗机制包括缺陷极化、导电损耗和磁共振[8F]。

蜘蛛网是自然界中轻质、高韧性、高强度和复杂结构的杰作，激发了先进微波吸收材料的发展[100][101]。研究人员研究了蜘蛛网的结构和特性，以创造更先进的材料。蜘蛛网能够有效捕获和分散不同频率范围内的微波。蜘蛛丝的强度是芳纶的三倍以上，并且可生物降解[102][103]。蜘蛛网由细密的纤维网络组成，这种结构提供了较大的表面积和多次散射效果，显著增强了电磁波的吸收。蜘蛛网的纤维结构具有较高的表面积与体积比[104]。机械性能也非常重要。蜘蛛丝的柔韧性和韧性被模仿到合成材料中。Wang等人[105]进一步开发了基于rGO/CNF的复合织物，采用静电纺丝技术合成了类似蜘蛛网的结构。这种织物结构提供了有效的导电损耗机制。在织物上沉积镍纳米颗粒以增强磁损耗。PN0.85GC-900材料在6.73 GHz时的反射损耗为-46.15 dB（厚度4 mm），有效吸收带宽几乎覆盖所有频率段。Xu等人[106]通过水热法和碳化结合方法合成了类似蜘蛛网的细菌纤维素(BC)/MoSe2纳米复合材料，并检查了其微波吸收性能。透射电子显微镜和扫描电子显微镜图像显示，BCM和PBCM碳纳米纤维像蜘蛛网一样分布，MoSe2微球颗粒分布在BC/PBC蜘蛛网状网络上。BCM在10.64 GHz时的最低RL值为-53.33 dB（厚度3.06 mm），有效吸收带宽为4.04 GHz。PBCM在16.96 GHz时的最低RL值为-66.84 dB（厚度2.13 mm）。Yang等人[107]进一步开发了一种受蜘蛛网启发的超轻SiCTi/MXene复合陶瓷气凝胶结构，通过高温热解在氩气氛围中合成SiCTi陶瓷材料，并通过蚀刻法合成MXene材料。SiCTi和MXene材料混合后，制备了SiCTi/MXene复合材料。扫描电子显微镜图像（图9A）显示了SiCTi/MXene复合气凝胶的形态，具有高孔隙率和不规则的圆形孔洞。C1M1气凝胶材料在2.1 mm厚度时的最低反射损耗值为-64.20 dB，最大有效吸收带宽为4.58 GHz（图9B）。SiCTi/MXene气凝胶材料的电磁波损耗机制如图9C所示，其中电子转移导致界面极化和松弛。Fei等人[108]通过静电纺丝法和煅烧工艺制备了受蜘蛛网启发的分层3D FeCoNi合金/CNF复合材料。扫描电子显微镜图像（图9D）显示了FCCF-2材料的横截面，多层纤维交错排列形成有序的层状结构。FCCF-2材料在2.5 mm厚度时的最低反射损耗值为-50.55 dB，最大有效吸收带宽为4.58 GHz（图9B）。SiCTi/MXene气凝胶材料的电磁波损耗机制如图9C所示，其中CNT和CNF增强了导电损耗，合金纳米颗粒增强了磁损耗，层状结构提高了阻抗匹配和多次反射。A) SiCTi/MXene复合陶瓷气凝胶的SEM图像；B) C1M1气凝胶材料的3D反射损耗图；C) SiCTi/MXene复合陶瓷气凝胶的微波吸收损耗机制[107]；D) FeCoNi合金/CNT@CNF复合材料的合成过程；E) FCCF-2复合材料的SEM图像；F) FCCF-2材料在2–18 GHz范围内的3D反射损耗曲线[108]。Liu等人[109]构建了一种3D蜘蛛网结构，并通过电纺和碳化合成了Ho2O3/CNF复合材料。球形的Ho2O3表面覆盖着一层碳纳米纤维（CNF）。如图10A所示，合成的材料的形态和微观结构中，HP-2纳米纤维是通过电纺技术制备的。HP/C-2球形Ho2O3在碳化后，其表面被纤维覆盖，形成了3D蜘蛛网结构。图10B显示了H/C-2样品的微波吸收图，12.32 GHz时的最小反射损耗为-61.37 dB，有效吸收带（EAB）宽度达到6.88 GHz。图10C展示了Ho2O3/CNF的微波吸收损耗机制，3D蜘蛛网结构通过多次散射和反射加速了电子传输并增强了导电损耗，Ho2O3与CNF之间的界面极化作用得到了增强。Gao等人[110]研究了SWCNT/CNF气凝胶的微波吸收性能。这种复合材料是通过球磨和自组装技术合成的。在材料冷冻干燥后，SWCNT/CNF在球磨过程中均匀分散（图10D），形成了仿生蜘蛛网结构。图10E的SEM图像显示了CS气凝胶的形态和结构，其结构均匀且多孔。图10F表明，CS20气凝胶在15 GHz频率下的微波吸收损耗RL值为-38.9 dB，相应的厚度为2 mm，有效吸收带宽度为5.1 GHz。CS35的有效吸收带宽为8.5 GHz，匹配厚度为3 mm，能够覆盖所有X波段和Ku波段的频率，显示出超宽带吸收特性。Sun等人[111]研究了掺杂Co/Ni的碳纳米纤维对电磁波（EM波）的吸收性能，这些材料是通过电纺和热处理制备的。图10G的SEM图像显示碳纳米纤维表面光滑，纤维直径均匀，纳米纤维紧密捕获了Co/Ni颗粒。CNF和CoNi合金的粒径分别为294 ± 58 nm和2–3 μm。图10H显示，Co/Ni-CNF-20能有效吸收EM波，最小RL值为-40.13 dB，对应厚度为4.60 mm，有效吸收带宽为4.40 GHz。Co/Ni-CNF-30和Co/Ni-CNF-40的最小RL值分别为-25.6 dB和-21.07 dB。Co/Ni-CNF中的EM波损耗机制包括微电流引起的导电损耗、CoNi合金增强的磁损耗以及CNF之间形成的丰富界面极化作用。

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图10. A) (a) HP/C-2和(b) H/C-2的SEM图像；B) H/C-2的计算反射值三维图；C) H/C复合材料的EM波损耗机制图[109]；D) CNF/SWCNTs（CS）气凝胶的合成方法示意图；E) CNF/SWCNTs气凝胶（a) CS20和(b) CS35的SEM图像；F) CS20气凝胶在2–18 GHz频率范围内的2D反射曲线[110]；G) 被CNF捕获的MOF衍生颗粒的SEM图像；H) Co/Ni-CNF-20的反射损耗值与频率和厚度的三维图；I) Co/Ni-CNF中的EM波损耗机制示意图[111]。

3.1.4. 蜂窝结构
蜂窝结构具有独特的性能，如结构稳定性、超轻重量、高强度重量比以及优异的机械性能。这种几何结构由一系列空心单元组成，通常是六边形单元，形成类似三明治的配置，可以由复合材料、导电聚合物和金属等材料制成，模仿蜂窝结构[112][113]。在雷达隐身技术中，这种几何结构可以散射电磁波，从而降低雷达截面积（RCS）。目标是开发成本低廉且性能优异的电磁波吸收材料。这种几何设计具有高表面积与体积比，能够增强与入射电磁波的相互作用并有效耗散电磁能量[114][115]。仿生蜂窝单元结构还促进了多次内部反射，增加了电磁波的传播路径，从而提高了吸收概率。蜂窝结构材料不仅提高了电磁波的吸收性能，还减轻了重量和密度。蜂窝材料的轻质和多孔特性使其适用于广泛的电磁波频率吸收范围。开发兼具结构功能性和高效EMI屏蔽功能的混合蜂窝吸收器具有重要的应用和学术价值[116][117]。

Deng等人[118]研究了通过两步胶体模板法合成的3D蜂窝状纳米Fe3O4@C复合材料和多孔碳结构。如图11A的SEM图像所示，蜂窝状多孔结构的纳米复合材料呈现出均匀的3D多层蜂窝结构，孔径为100 nm。图11B的电磁波吸收2D和3D图显示，在9.6 GHz时最小反射损耗为-46.2 dB，对应厚度为3.50 mm，有效吸收带（EAB）为5.05 GHz。复合材料中的蜂窝结构增强了多次反射。包裹在3D蜂窝结构中的Fe3O4纳米颗粒增强了磁损耗和界面极化作用[11C]。Luo等人[119]研究了双层蜂窝结构在微波吸收方面的高效性能。环氧树脂填充了不同孔径的碳黑材料，并通过浸渍工艺制备了损耗滤波器。图11D显示了一层和两层蜂窝结构。图11E表明，蜂窝表面涂覆了不同孔径的碳黑。模拟和实验结果显示，在10 GHz时最小反射损耗分别为-27 dB和-22.5 dB。Zhang等人[120]使用不同的长宽比前驱体制备了MIL-88C(Fe)材料。这些材料通过油浴控制工艺合成，经过热处理后得到碳涂层铁复合材料。图11G的SEM图像显示，铁基相具有小而密集的结构。MD3/PVDF材料在12.56 GHz时的最小反射损耗值为-67.40 dB，厚度为2.13 mm，有效吸收带宽度为4.96 GHz[11H]。中等介电常数和特定渗透率的结合增强了阻抗匹配和偶极极化。图11I显示，碳缺陷、空位和晶界等缺陷引起了极化。

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图11. A) (a) HcC和(b) HcFe3O4@C复合材料的SEM图像；B) HcFe3O4@C复合材料不同厚度的反射损耗三维图；C) HcFe3O4@C复合材料的微波吸收损耗机制[118]；D) 蜂窝结构电磁波吸收器的几何结构（a) 蜂窝核心；(b) 几何结构；(c) 蜂窝结构的夹层结构；E) 涂覆不同孔径（a, d) 3.6 mm, (b, e) 2.78 mm, (c, f) 1.87 mm）的导电碳黑的蜂窝核心的SEM图像；F) 制备的蜂窝结构涂碳后的反射损耗与频率的关系图[119]；G) 碳涂层铁基复合材料的SEM图像（a, c) MD2和(b, d) MD3；H) MD3/PVDF在填充量为10 wt%时的反射损耗三维曲线；G) MIL-88C（Fe）复合材料的电磁波损耗机制示意图[120]；J) MXene@FCIP/SMP材料的制备示意图；K) MFS-3复合材料的反射损耗三维图[122]。

Bi等人[123]研究了在蜂窝结构框架内制备的碳纳米管（CNT）和聚氨酯树脂（PU）复合材料。CNT/PU复合材料的SEM图像显示，CNT紧密包裹在PU中并与蜂窝壁紧密结合。碳纳米管在聚氨酯树脂中均匀分布。CNT/PU信号层复合材料在9.00 GHz时的最小反射损耗值为-38.50 dB，双层复合材料的最小RL值分别为14.0 GHz和13.8 GHz，具有优异的微波吸收性能。Huang等人[124]制备了一种用于宽带微波吸收的蜂窝结构类似三明治结构。玻璃纤维（GF）涂覆的rGO片材在100 ℃下压制成蜂窝结构模具，然后使用热压模具制备了石英纤维增强塑料（QFRP）和碳纤维增强塑料（CFRP）平面片材。QFRP和CFRP平面片材之间形成了蜂窝结构，从而制备了MAHSS（图12A）。MAHSS结构在TE模式下的最小反射损耗值为-24.02 dB，有效吸收带宽在TE模式下为13.6 GHz，在TM模式下为11.04 GHz（图12B）。由于蜂窝多孔结构中的微波陷阱，MAHSS表现出良好的阻抗匹配和反射损耗。GF包裹的rGO在复合材料内部形成了三维网络，增强了导电损耗。图12C显示，交织的蜂窝结构有许多间隙，进一步增强了微波的反射。

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图11. A) (a) HcC和(b) HcFe3O4@C复合材料的SEM图像；B) HcFe3O4@C复合材料不同厚度的反射损耗三维图；C) HcFe3O4@C复合材料的微波吸收损耗机制[118]；D) 蜂窝结构电磁波吸收器的几何结构（a) 蜂窝核心；(b) 几何结构；(c) 蜂窝结构的夹层结构；E) 涂覆不同孔径（a, d) 3.6 mm, (b, e) 2.78 mm, (c, f) 1.87 mm）的导电碳黑的蜂窝核心的SEM图像；F) 制备的蜂窝结构涂碳后的反射损耗与频率的关系图[119]；G) 碳涂层铁基复合材料的SEM图像（a, c) MD2和(b, d) MD3；H) MD3/PVDF在填充量为10 wt%时的反射损耗三维曲线；G) MIL-88C（Fe）复合材料的电磁波损耗机制示意图[120]；J) MXene@FCIP/SMP材料的制备示意图；K) MFS-3复合材料的反射损耗三维图[122]。

Bi等人[123]研究了在蜂窝结构框架内制备的碳纳米管（CNT）和聚氨酯树脂（PU）复合材料。CNT/PU复合材料的SEM图像显示，CNT紧密包裹在PU中并与蜂窝壁紧密结合。碳纳米管在聚氨酯树脂中均匀分布。CNT/PU信号层复合材料在9.00 GHz时的最小反射损耗值为-38.50 dB，双层复合材料的最小RL值分别为14.0 GHz和13.8 GHz，具有优异的微波吸收性能。Huang等人[124]制备了一种用于宽带微波吸收的蜂窝结构类似三明治结构。玻璃纤维（GF）涂覆的rGO片材在100 ℃下压制成蜂窝结构模具，然后使用热压模具制备了石英纤维增强塑料（QFRP）和碳纤维增强塑料（CFRP）平面片材。QFRP和CFRP平面片材之间形成了蜂窝结构，从而制备了MAHSS（图12A）。MAHSS结构在TE模式下的最小反射损耗值为-24.02 dB，有效吸收带宽在TE模式下为13.6 GHz，在TM模式下为11.04 GHz（图12B）。由于蜂窝多孔结构中的微波陷阱，MAHSS表现出良好的阻抗匹配和反射损耗。GF包裹的rGO在复合材料内部形成了三维网络，增强了导电损耗。图12C显示，交织的蜂窝结构有许多间隙，进一步增强了微波的反射。CMM-3泡沫的微波吸收性能在厚度为1.8毫米时实现了最小的反射损失，达到-58.6分贝（图12H），其最大电磁吸收带宽（EAB）值为8.56吉赫，覆盖了整个X波段以及Ku波段和C波段的一半频率。龚等人[128]通过SLS 3D打印技术制备了一种新型的柔性蜂窝状结构吸收材料，该材料由CF/PA/CIP复合材料制成。3D打印样品的扫描电子显微镜（SEM）图像显示，CF被PA紧密包裹，表明形成的PA基质与CF具有很强的粘附性。这种材料的机械抗拉强度约为65.2兆帕（MPa）。对于这种复合材料在不同带状角度（0–150?）下的性能，YA、YB和YC的最小反射损失值分别从-14.7分贝增加到-47分贝，从-16.7分贝增加到-29.0分贝，以及从-15.8分贝增加到-34.3分贝。在150?的带状角度下，YA材料的最小反射损失值可以达到-47.1分贝，最大电磁吸收带宽为13.2吉赫，覆盖了整个X波段、C波段和Ku波段。

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图12. A) 合成和制备过程的示意图；B) MAHSS的电磁波吸收二维曲线（反射损失与频率的关系）；C) MAHSS的电磁波损失机制示意图[124]；D) (a,b) rGO/非织造布和(c,d) 蜂窝复合材料的SEM图像（不同放大倍数）；E) 非织造/蜂窝复合材料的结构图；F) rGO/非织造布、蜂窝复合材料以及(a) 单层和(b) 双层材料的反射损失比较[126]；G) (a,b) CMM-3的SEM图像（不同放大倍数）；H) CMM-3复合材料的反射损失三维图[127]；I) (a)SLS打印样品的SEM图像和(b) FHSA涂层的SEM图像；J) FHSAs在150?角度下的反射损失二维图[128]。

3.1.5. 基于植物的电磁吸收材料（MAMs）
自然界中的各种植物都具有独特的形态和丰富的中空结构。植物进化出了适应多种环境刺激（包括电磁波辐射[129]、[130]）的结构和组成。这种复杂的生物结构在能量传输和转换方面表现出卓越的性能。在探索电磁波吸收材料的过程中，研究人员开发了基于植物的仿生材料，以创造更加环保和高效的MAMs。基于植物的材料模仿了微观到纳米级的结构，并且其组成是分层和多孔的，类似于植物的叶子或茎[131]、[132]。通过结合精细的表面形态、分层结构和出色的电子传输特性，这些仿生材料在超宽频率范围内表现出高效的电磁波吸收能力。

由于独特的形态特性（如分层结构和传输特性），仿生材料在电磁波吸收方面表现出优异的性能和巨大的潜力。在这方面，Le等人[133]制备了仿生3D花状Fe3O4/Fe复合材料。如图13A所示，SEM图像显示了类似花的微观结构，花的平均尺寸为2.6微米。这种复合材料在厚度为1.19毫米时，在17.5吉赫频率下的最小反射损失为-56分贝（图13B）。有效的吸收带宽可以覆盖12.10–15.50吉赫的频率范围，厚度为1.50毫米。Fe3O4和Fe纳米颗粒的结合创造了异质界面，这些界面影响了介电损失能力。如图13C所示，这种材料的固有特性通过交换和自然共振表现出显著的磁损失能力。Ge等人[136]通过水热法和氮气氛围下的碳化过程成功合成了类似兰布顿果的C@NiCo2O4复合材料。SEM图像展示了类似兰布顿果的C@NiCo2O4、纯NiCo2O4复合材料和碳球体的形态。这种复合材料具有出色的微波吸收能力，在17.37吉赫频率下的最小反射损失为-39.99分贝，厚度为1.5毫米，吸收带宽覆盖了4.16吉赫。赵等人[134]合成了受叶子启发的Co/C纳米片，用于有效的电磁波吸收。Co/C复合材料是通过ZIF-L形成、SiO2涂层、热解和蚀刻过程制备的。透射电子显微镜（TEM）图像显示，Co/C-900复合材料呈现出二维的叶状结构，Co纳米颗粒均匀分布在多孔碳纳米片中，Co纳米颗粒与多孔碳片之间有紧密的耦合（如图13D所示）。Co/C-900复合材料在3.70吉赫频率下的最小反射损失值为-47.60分贝，厚度为2.10毫米；在1.6毫米厚度时，最佳电磁吸收带宽为4.9吉赫（如图13E所示）。Co/C纳米片的独特叶状结构形成了导电网络，增加了表面积，增强了导电损失和电磁波衰减。Co/NP界面促进了电荷积累和界面极化。Co纳米颗粒提供了磁损失，增强了微波耗散和阻抗匹配（如图13F所示）。万希等人[135]使用浸渍法和煅烧法制备了不同含量的CoFe合金/碳化纤维（CBF）。碳化CBF的表面形态呈现不规则的椭圆形，直径为50–60微米，CoFe纳米颗粒在其表面分布较为均匀（如图13G所示）。CoFe/CBF-0.1（图13H）和CoFe/CBF-0.5在不同厚度下的反射损失曲线如图所示。对于CoFe/CBF-0.1和CoFe/CBF-0.5，分别在1.8毫米厚度时的电磁吸收带宽达到4.9吉赫和3.8吉赫。CoFe/CBF的潜在微波衰减机制表明，CoFe合金可以增强磁损失和阻抗匹配（如图13I所示）。Saran等人[137]研究了受槟榔叶结构启发的新型电磁吸收材料。样品是通过包括干燥和烧结在内的两步过程制备的。槟榔叶粉末的形态具有高度多孔的结构。干燥后的叶子呈现出类似肋骨的结构和棒状结构（如图14A所示）。在9毫米厚度下，最小反射损失为-48.57分贝（图14B），有效吸收带宽为2.89吉赫，覆盖了X波段68.3%的频率。槟榔叶的电磁吸收机制包括界面极化、多孔结构和偶极极化（如图14C所示）。

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图13. A) Fe3O4/Fe颗粒的SEM图像；B) Fe3O4/Fe颗粒的反射损失三维图；C) 可能的电磁波损失机制示意图[133]；D) Co/C-900纳米片的TEM图像；E) Co/C-900纳米片的二维反射损失曲线；F) Co/C-900复合材料的微波衰减图[134]；G) (a,b) CoFe/CBF-0.1和(c,d) CoFe/CBF-0.2在不同浓度下的SEM图像（煅烧温度为700°C）；H) CoFe/CBF-0.1复合材料在2–18吉赫频率范围内的反射损失图；I) CoFe/CBF复合材料的电磁波损失机制示意图[135]。

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图14. A) (a) 干燥后的，(b) 烧结后的槟榔叶的FESEM图像；B) 厚度为8毫米和9毫米的烧结槟榔叶的反射损失；C) 槟榔叶的电磁波吸收损失机制示意图[137]；D) (a) HCoZnNC@MX-600，(b) HCoZnNC@MX-800的SEM图像；(c) TEM图像；(d) HR-TEM图像；E) HCoZnNC@MX-800的反射损失三维图；F) HCoZnNC@MX纳米复合材料的电磁波吸收损失机制[138]；G) BPC的合成过程示意图；H) (a,b) BPC的FESEM图像；(c,d) BPC的TEM图像；I) 不同厚度的BPC-800的反射损失与频率图[139]。

为了开发高性能的MAMs，研究人员必须探索更多的自然生物结构，利用它们的独特特性来获得最佳的设计灵感。吴等人[138]进一步开发了HCoZnNC@MXene复合材料。这种异质微结构的形态具有中空空隙。该材料结合了受叶蝉启发的网状颗粒的优点，并通过异质界面处的多次反射增强了界面极化。如图14D所示，该材料在7.51吉赫频率下的最小反射损失为-76.41分贝，厚度为2.93毫米，有效吸收带宽在3.57–18.00吉赫之间（如图14E所示）。HCoZnNC@MX的电磁机制如图14F所示，基于导电碳的壳层和MXene纳米片诱导了导电损失，钴纳米颗粒提供了磁损失，空心核心结构有助于调节阻抗匹配（如图14G所示）。杨等人[139]研究了从香蕉皮中提取的多孔碳上的ZnO负载。通过配位和热解碳化过程合成了3D多孔碳（图14G）。Zn2?离子通过与生物质中的有机聚合物配位形成了导电网络。BPC材料的微观结构和形态特性为高度三维的多孔网络结构，形成了丰富的内部孔隙，ZnO纳米颗粒沉积在多孔碳上（如图14H所示）。BPC材料在2.1毫米厚度下的最小反射损失为-44.19分贝；当厚度为2.5毫米时，最大电磁吸收带宽达到6.71吉赫，覆盖了X波段的35%和Ku波段的89%（如图14I所示）。

3.2. 红外隐身技术
近年来，受生物启发的材料作为一种有前途的方法出现，通过自然模仿机制来增强红外隐身效果，实现热调节、发射控制和适应性伪装[140]。通过模仿生物体的适应性特征，伪装最初被开发为军事应用，使用涂料来隐藏部队或设备，使其难以在周围环境中被观察到[141]、[142]。研究人员开发了受自然启发的微米到纳米级几何结构和功能性材料来制造人工伪装。头足类动物（如章鱼和乌贼）通过即时改变皮肤的颜色和纹理来展示动态红外伪装。北极熊拥有厚实的毛发，这些毛发具有多孔和透明的特性，可以反射红外辐射，使它们几乎对红外相机不可见[143]。同样，撒哈拉银蚁通过最小化热量吸收在极热的沙漠环境中生存[144]。它们身体表面的独特纳米结构减少了红外辐射。植物叶子具有复杂的微观结构和蜡质表面，增强了它们的性能。这种仿生表面模仿了疏水性和热分布特性。杜等人[145]研究了受北极熊毛发启发的多功能二氧化硅纳米管气凝胶（SNTAs）用于红外隐身。这些材料是通过溶胶-凝胶和化学气相沉积（CVD）技术合成的。SNTAs具有低密度、高透明度和超疏水性等材料特性。TEM图像显示，二氧化硅壳层保持了其粗糙度和网络结构。结合的核-壳结构形成了纳米管结构，同时保持了U形的交叉连接（如图15A所示）。SNTA材料的布厚度为2.5毫米；这种材料在温度从50℃变化到100℃时表现出良好的隔热和红外阻挡性能。在最初的30秒内，布的温度变化显著。SNTA材料的温度逐渐升高，但热平衡温度保持较低。SNTA在50℃时的热平衡时间为90秒，在100℃时为60秒（如图15B所示）。孙等人[146]制备了受生物启发的管状纤维素气凝胶，并研究了其隔热、耐机械性和阻燃性能。这些材料是通过用NaClO2/HAc处理原始木棉纤维并在烤箱中干燥后合成的。CA-MMT-NP3气凝胶材料的表面形态是由交织的纤维组成的三维网络，厚度为0.8微米，直径为13微米（如图15C的SEM图像所示）。这种材料非常难以点燃，燃烧时仅有微弱的火焰。CA-MMT-NP3的极限氧指数（LOI）为43.9%，在垂直燃烧测试中仅出现闷烧现象，外部火焰移除后没有可见的火焰。红外图像显示，CA-MMT-NP3样品在40℃加热到170℃时表现出良好的隔热性能（如图15D、E所示）。袁等人[147]研究了受头足类动物启发的MXene-CLCE材料在多光谱应用中的性能。通过合成硫醇-丙烯酸酯和CLCE的自由基光聚合制备了这种材料。SEM图像（图15F）显示，底层展示了特征性的周期性层状纳米结构，证实了CLCE层内成功形成了螺旋纳米结构。如图15G所示，当MXene薄膜厚度分别为33.7纳米和196.8纳米时，薄膜的红外发射率分别为63%和22%。MXene厚度的增加减缓了红外发射率的下降速度。周等人[148]制备了受生物启发的芳纶纤维@二氧化硅气凝胶，用于高热绝缘应用。芳纶纳米纤维气凝胶是通过二氧化碳超临界干燥合成的，而CVD沉积方法用于制备ANF@二氧化硅气凝胶。图15H显示了制备好的ANF@二氧化硅的SEM图像。ANF@二氧化硅材料采用了核壳结构，ANF表面的SiO2涂层分布均匀。典型的ANF@二氧化硅气凝胶直径范围为71.16±1.15纳米和114.94±1.23纳米。气凝胶的热管理能力通过红外图像跟踪其一侧的表面温度和另一侧的温度变化来体现，如图15I所示，ANF@二氧化硅的中心温度始终低于其他气凝胶。王等人[149]研究了基于丝绸模板的ZrO2材料的热绝缘性能。丝绸纤维浸泡在不同浓度的Zr(NO?)?溶液中，然后在70℃下干燥12小时，通过去除丝绸模板在不同时间和温度下烧结得到ZrO2纤维。图15J的SEM图像显示了不同浓度ZrO2纤维的微观结构。这些纤维有效保持了丝绸的纤维形态，ZrO2纤维的直径为10–15微米。ZrO2纤维的表面不像丝绸那样光滑，其表面有许多不规则的波纹，这是由于Zr(NO?)?分解过程中形成的。图15K显示，在100℃到1000℃的温度范围内，ZrO2纤维的导热系数在0.04 W/mK到0.08 W/mK之间，表明ZrO2纤维具有良好的隔热性能。

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图15. A) 不同SNTA样品的TEM图像显示平滑的纳米管状骨架；B) 随时间变化的加热板和样品表面之间的温差[145]；C) CA-MMT-NP3的FESEM图像；D) CA-MMT-NP3浆料纤维的红外图像；E) CA-MMT-NP3表面与加热板表面之间的温差[146]；F) MXene-CLCE的SEM图像；G) MXene-CLCE的红外发射率图[147]；H) 通过CVD合成的芳纶纤维@二氧化硅的FESEM图像（a）8小时，（b）24小时；I) 不同加热时间下样品表面温度变化图[148]；J) 不同浓度下生物形态ZrO2纤维的SEM图像（a）5%，（b）10%，（c）丝绸纤维，（d）中空ZrO2纤维；K) ZrO2材料的导热系数图[149]。

3.3. 隐形材料的多功能应用
传统的隐形技术侧重于逃避雷达、红外（IR）和可见光的探测，而一类新的材料被称为多功能隐形材料。这类新材料集成了电磁波吸收、透明性、高拉伸强度、超疏水性、热绝缘、导电性和应变传感等多种性能[150] [151]，使其在电子、军事、生物医学和能量收集等领域具有很高的应用价值。受复杂结构和功能启发的生物材料开发出了广泛的应用，如电磁干扰（EMI）屏蔽、自修复、环保性、柔韧性和轻量化[152]。例如，蜂窝结构具有轻质和高强度重量比的特点，适用于电磁波吸收和航空航天领域。乌贼的结构启发了迷彩材料、传感器和探测器的设计[153]。结合碳气凝胶、MXenes和金属基物质的生物启发材料通过合成材料或超材料制备[154]。这些复合材料表现出可调的性能，如高表面积、导电性、透明性、高拉伸强度和热性能[155]，通过控制反射率、发射率和自冷却能力提高了性能。这些材料的多功能集成开辟了广泛的应用领域，包括军事伪装、航天器电磁干扰屏蔽、热绝缘和智能纺织品。

方等人[156]制备了一种受C/Fe?C仿生章鱼结构启发的材料，这种材料在红外和雷达隐身方面具有多功能兼容性。仿生C/Fe?C结构是通过原位碳热还原过程合成的。TEM图像（图16A）显示了章鱼状C/Fe?C混合泡沫的晶体结构和相界面。观察带有吸盘的触手的微观结构，可以看到吸盘主要呈现规则的笼状形态，内部有许多黑点。图16B显示，当厚度为4.35毫米时，CCF材料的最低反射损耗为-53.13 dB，在2.4毫米厚度时有效吸收带为6.53 GHz。这些材料的电磁波损耗机制包括导电网络、界面极化和偶极极化。将CCF800样品放置在85℃的热平台上，0分钟时的表面温度为28.4℃，30分钟后上升到33.0℃，混合泡沫的温差仅为约4.6℃，如图16C和D所示，表明CCF材料具有良好的隔热性能。顾等人[157]研究了从棉纳米纤维素制备的三维高孔隙率碳气凝胶，用于红外和雷达隐身应用，这种气凝胶超轻且环保。这些材料通过发泡、冷冻干燥和煅烧工艺制备，使用棉纤维素纳米纤维作为原料。SEM图像显示了独特的3D多孔网络结构。与S1、S2和S3相比，纳米纤维素气凝胶的孔径更小，但样品仍保持了3D网络结构，如图16E所示。这种材料在30.6℃、33.7℃和34.5℃下的热绝缘性能分别在加热时间为20秒、50秒和110秒时发生变化，如图16F所示。热绝缘机制包括热传导、热对流和热辐射。当厚度为2.0毫米时，MA的最低反射损耗值达到-19.8 dB，在1.6毫米厚度下EAB覆盖4.65 GHz（图16G）。电磁波吸收损耗机制包括传导损耗、电子跃迁、偶极极化和多次散射。随后，王等人[158]研究了受穿山甲启发的材料，这些材料具有优异的拉伸性能和微波吸收性能。通过平面压测试模拟了穿山甲的咬合抵抗力，其结构韧性如图16H和I所示。这项开创性的研究为生物启发设计提供了灵感，并激发了我们进一步探索多功能生物启发微波吸收材料的兴趣。冯等人[159]制备了生物启发的超材料，这些超材料结合了微波吸收和机械性能。合成材料表现出优异的微波吸收性能和压缩机械性能。如图17B所示，实验结果表明生物启发超材料具有良好的抗压缩性能。负载阻力曲线的斜率几乎保持不变，表明单元格的弹性变形。当上板的位移达到0.77毫米时，斜率开始下降，此时单元格开始受损。所制备的生物启发超材料在5.21 GHz和17.60 GHz下的最低反射损耗分别为-55 dB和-28 dB（图17A）。这一成就展示了自然启发复杂结构在超材料领域的巨大潜力，并为多功能吸收材料提供了新的结构设计思路[160]。

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图16. A) 不同放大倍数的C/Fe3C（a-d）的TEM图像，（e）纯CF和仿生章鱼启发C/Fe3C泡沫的示意图；B) 不同厚度的CCF800泡沫样品的反射损耗与频率的3D曲线；C) 加热0分钟和30分钟后CCF800和CCF800石蜡的红外图像；D) 不同加热时间下CCF800和CCF800石蜡的表面温度变化[156]；E) 3D多孔碳网络（S1、S2和S3）的FESEM图像；F) 不同时间捕获的3D多孔碳网络（S2）的红外图像；G) 薄厚度样品的3D多孔碳网络（S2）的反射损耗[157]；H) 受穿山甲启发的角蛋白单元重叠结构；I) 穿山甲启发材料的加载力和归一化压痕位移曲线[158]。

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图17. A) （a）不同放大倍数的C/Fe3C的TEM图像；（b）纯CF和仿生章鱼启发C/Fe3C泡沫的示意图；B) 不同厚度的CCF800泡沫样品的反射损耗与频率的3D曲线；C) 加热0分钟和30分钟后CCF800和CCF800石蜡的红外图像[156]；D) 3D多孔碳网络（S1、S2和S3）的FESEM图像；F) 不同时间捕获的3D多孔碳网络（S2）的红外图像；G) 受穿山甲启发的角蛋白单元重叠结构[158]。

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图17. A) （a）电磁波吸收性能测量用的矢量网络分析仪（VNA）系统；（b）实验和仿真结果在频率上的反射损耗；B) 抵抗力比较（a）测试系统；（b）应力抵抗力的实验结果[159]；C) CCPA样品的反射损耗与频率的3D曲线；D) （a）CCA1，（b）CCA2，（c）CCA2在10分钟时的热红外图像[164]。

受生物启发的微波吸收材料具有抗腐蚀和电磁波吸收的双重功能，在工程应用中具有重要意义，特别是在恶劣环境中。这些材料能有效吸收微波，同时提供出色的电磁干扰抑制和抗腐蚀性能，在高湿度等极端恶劣条件下仍能保持稳定[161] [162]。李等人[163]制备了一种具有多尺度Ni3Fe@N掺杂CNT复合设计的3D仿生神经网络结构。这些材料通过浸涂和800℃碳化工艺制备。NNCF材料的表面形态呈现出新颖的层次化仿生结构，CNTs均匀分布。最低反射损耗值为-51.4 dB，EAB为6.4 GHz。张等人[164]制备了一种用于电磁波吸收和热绝缘应用的纤维素-壳聚糖-聚苯胺杂化气凝胶。这些材料通过聚合和冷冻干燥工艺制备，形成了3D结构。CCPA材料的骨架厚度显著增加，同时保持了3D结构。3D图显示，在1.35–5.00毫米厚度范围内，最低反射损耗为-44.80 dB，覆盖4.20–18.00 GHz的频率范围（图17C）。CCPA样品放置在60℃的热板中心并保持恒定温度，表面温度变化范围为23.8℃至21.7℃，如图17D所示，反映了其低红外热导率。

我们总结了目前研究的受生物启发的材料及其性能对比表。如表1所示，我们发现受自然启发的材料在反射损耗、EAB、热绝缘、导电性和厚度方面确实表现出良好的性能。

表1. 受生物启发的微波吸收材料的性能比较

| 生物系统 | 制备方法 | 频率范围（GHz） | 反射损耗（dB） | EAB（GHz） | 厚度（mm） | 主要应用 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 蛾眼 | FCIP/PU | 2–18 | -19.00 | -3.2 | 微波吸收 [89] |
| 蛾眼 | 石墨粉 | 机械加工 | 2–18 | -38.00 | 133.5 | 微波吸收 [90] |
| 莲叶 | C/MoS2 | 水热法 | 2–18 | -50.10 | 6.0 | 2.4 | 微波吸收 [98] |
| 蜘蛛网 | 纤维素/MoSe2 | 水热法 | 2–18 | -53.3 | 3.4 | 2.6 | 微波吸收 [98] |
| 蜘蛛网 | Ho2O3/CNF | 电纺 | 2–18 | -61.37 | 12.3 | 2.6 | 微波吸收 [106] |
| 蜂巢 | MIL-88C (Fe) | 热解 | 2–18 | -67.4 | 4.9 | 2.1 | 微波吸收 [120] |
| 花朵 | Fe3O4/Fe | 热解 | 2–18 | -56 | -1.19 | 微波吸收 [133] |
| 榴莲壳 | C@NiCo2O4 | 水热法 | 2–18 | -39.9 | 4.1 | 1.5 | 微波吸收 [136] |
| 蚱蜢 | HCoZnNC@MX | 静电自组装 | 2–18 | -76.4 | 13.8 | 2.9 | 微波吸收 [138] |
| 班纳果皮 | ZnO负载在多孔碳上 | 热解碳化 | 2–18 | -44.1 | 6.7 | 12.1 | 微波吸收 [139] |
| 章鱼 | C/Fe?C | 碳热还原 | 2–18 | -53.1 | 6.5 | 4.3 | 多功能隐身 [156] |
| 植物 | 多孔碳气凝胶 | 冷冻干燥 | 2–18 | -19.8 | 4.6 | 2.0 | 多功能隐身 [157] |
| 神经网络 | Ni3Fe@N/CNT | 浸涂和碳化 | 2–18 | -51.4 | 6.4 | 多功能应用 [163] |

探索多功能生物启发材料是一个新的研究领域，模仿生物系统的机制，如自清洁、超疏水性、抗反射和散热。生物启发材料可以增强雷达、红外、声纳和可见光的隐身功能，降低维护成本，并确保长期稳定性。黄等人[89]制备了一种受蛾眼启发的超材料，集成了雷达、红外、可见光和自清洁功能。模仿生物材料的高拉伸强度可以增强机械性能和微波吸收能力。生物启发材料在多个领域有广泛应用，例如在传感器中，电磁波能量可以转化为其他形式的能量，如生物医学应用和海洋监测。生物启发材料的柔韧性和可拉伸性使其适用于柔性显示器和太阳能电池板。它们还具有自适应伪装系统，可用于隐身应用。

4. 仿生材料在隐身技术中的应用策略
仿生学是生物启发材料的一个子集，专注于模仿自然结构和功能。这涉及复制自然界中的设计和机制，以开发先进的材料和技术[165] [166]。通过研究生物体，如表面纹理、伪装和热调节机制。传统的隐形材料依赖于重量大、成本高的复合材料。而仿生启发材料则模仿生物结构和功能，如多孔性、轻量化、柔韧性和超疏水性。这些生物启发材料利用纳米级复杂结构来吸收或散射电磁波，显著减少雷达截面。仿生学借鉴了在热调节方面表现优异的生物体。涂层采用受生物纳米结构启发的表面来减少红外辐射，例如热特征。研究人员制备了具有增强电磁波吸收和红外隐身能力的新型材料。隐形材料有两个主要方面：材料设计和结构设计；两者是并行的[167] [168]。目前，所有关于隐形材料的讨论都是分别讨论材料和结构设计的。结合材料和结构设计可以实现高性能的隐形材料。这些策略整合了多学科知识，包括材料科学、生物学和工程学，以制备适应性和多功能隐形材料。这里简要讨论了仿生隐形材料的工作，并在表2中进行了总结。

表2.仿生材料的微波吸收参数
生物系统 | 材料 | 制备方法 | 反射损耗（dB） | 厚度（mm） | EAB（GHz） | 主要应用
| -------- | -------- | -------- | -------- | -------- | -------- | -------- |
| Setaria viridis | TiN纤维 | 电纺 | -45.7 | 1.38 | 3 | 微波吸收 [177] |
| 镶饰甲虫 | ZnO/CMM | 衍生材料 | -39 | 1 | 微波吸收 [194] | 叶子结构 |
| bio-SnO2@CFS | 溶胶-热处理 | -54.8 | 1.2 | 5.2 | 多功能隐身 [197] |
| 海胆 | Fe3O4纳米棒 | 特制模板 | -60 | 1.74 | 微波吸收 [206] |
| 3D珊瑚礁 | GO@TiO2/TiO2 | 水热和冷冻干燥 | -64.4 | -5.2 | 微波吸收 [207] |
| 叶脉结构 | MXene/CNTs/PI（MCP）气凝胶 | 冻结铸造 | -75.8 | -6.57 | 多功能隐身 [208] |
| 海绵状结构 | CNF/MXene | 冻结干燥和碳化 | -63.8 | 47.32 | 微波吸收 [210] |
| 海胆 | Co-NC@PAN | 碳化 | -62.4 | 2.3 | 6.56 | 微波吸收 [211] |

**4.1 分层表面结构**
从仿生学的角度来看，我们通常从生物系统、结构和机械性能中学习。分层表面结构是一种受生物体表面形态启发的仿生策略，旨在减少电磁波（EMW）和红外（IR）特征。通过从宏观到纳米的多尺度设计，对材料和结构的修改可以改善微波和红外波与表面的相互作用，通常通过多次散射和吸收实现[169][170]。自然界提供了许多例子，激励我们改进隐身技术、伪装效果并减少阻力。例如动物、植物和海洋生物具有特殊的结构，如荷叶表面的微纳米结构、蛾眼和仙人掌的结构。这些结构具有独特的尺度组合[171]。因此，合理设计仿生材料并在分层复合材料中应用这些特性，可以有效增强电磁波吸收和红外性能。

许多例子的生物学基础是荷叶是一种基于植物的仿生材料，其特点是具有蜡晶的微米级乳突。这种配置使得荷叶具有超疏水性、光散射、抗湿性和自清洁功能[172]。受蜘蛛丝启发的材料因其独特的机械和光学性能（如轻质、高强度、韧性和延展性）而被用于隐身应用。蜘蛛丝具有从纳米到微观的分层结构，且具有较低的电磁波吸收能力[173]。壁虎皮肤的设计灵感来自于不同形状的微柱阵列，这些材料具有分层微观到纳米结构，并通过范德华力实现可逆粘附。它们的特性包括高剪切强度、自清洁和耐用性，使其非常适合用于医疗设备、隐身涂层等应用[174]。壁虎皮肤可以增强电磁波的吸收和散射。鲨鱼皮肤是一种受海洋生物启发的材料，在流体动力学和隐身应用中表现出色，其独特的微观结构减少了阻力并提高了流体动力学性能。鲨鱼皮肤的纹理设计有助于最小化水流湍流，从而提高速度和能量效率[175]。研究人员正在开发和使用复合材料以增强雷达和红外线隐身效果。

受蝴蝶翅膀启发，Lee等人[176]通过等离子体处理玻璃片和热处理制备了一种仿生薄膜，重现了蝴蝶翅膀的多孔PVDF-HFT结构。这种多孔且纳米级纹理的薄膜通过旋涂PDMS集成，模仿了蝴蝶翅膀的多孔结构（图18B），展示了有效的热传导和抗反射光学性能，实现了90%的红外和可见光波段透射率。如图18A所示，蝴蝶翅膀的表面形态具有类似窗户的结构。受Setaria viridis的启发，Zhu等人[177]通过电纺和水热法成功合成了TiN纤维，具有高效的宽频段微波吸收性能。SEM和TEM图像显示，TiN纤维表面由核心纤维和外表面的TiN纳米针组成，核心纤维连续，直径为240纳米，TiN纳米针均匀覆盖在纤维表面（图18C）。在11.2 GHz频率下，最小反射损耗值为-45.7 dB，厚度为1.38毫米（图18D）。X和Xu的研究表明，当厚度分别在1.3–1.7毫米和1.0–1.3毫米时，TiN纤维具有有效的多频段吸收性能。大长径比的TiN纤维通过相互连接形成三维网络，产生多次散射和反射。TiN纤维中的孔隙可以捕获电荷粒子，形成许多偶极子，促进偶极极化。自由电子在单根纤维中的传输导致导电损耗（图18E）。Wang等人[178]模仿了撒哈拉银蚁的毛发结构，合成了六角形ZnO纳米棒材料并涂覆在PDMS上。ZnO纳米棒的SEM图像显示，这些纳米棒在PDMS基质中随机分布（图18F）。这种复合材料涂覆在织物上，在AM 1.5 G辐射下能够为EVA泡沫板提供隔热效果，顶部覆盖15毫米厚的T-ZM层，在10分钟AM 1.5 G太阳辐射后仍能保持26℃的低温（图18G, H）。

**4.2 衍生材料**
衍生材料是人工设计和工程化的材料，由于其独特的电磁波操控能力而成为当前研究的热点，这使它们能够在军事系统中降低可检测性[179]。这些材料在天线通信、电磁波吸收器、雷达/红外隐身和信号过滤等领域具有潜在应用[180][181][182]。电磁波吸收器能够吸收入射的电磁波，使能量在结构中耗散而不会反射或传输，从而减少雷达接收到的能量。一般的衍生材料具有较小的厚度和尺寸，以实现超宽带波段吸收[183]。自然界中的一些微观到纳米级的生物结构为仿生衍生材料的设计提供了灵感，这些材料在生物医学、组织工程和航空工程等领域有多种应用[184][185]。这些材料模仿了自然生物系统的结构、组成和功能。受自然启发的衍生材料表现出独特的性能，如自修复、适应性、可持续性和光学特性。它们采用不同的制造方法制备，如3D打印、自组装、模板法和光刻技术[186][187]。仿生衍生材料结合了生物系统、工程学和材料科学，研究人员可以开发出增强电磁波吸收的创新材料。

例如，蛾眼的六角形蜂窝纳米结构具有抗反射性，可以实现隐身伪装，因此在隐身应用领域受到关注。基于这一仿生原理，许多衍生材料设计模仿了蛾眼的六角结构，如纳米结构蛾眼光学反射材料[188]和基于石墨烯的蛾眼结构太阳能电池[189]。受蛾眼启发的衍生材料被设计用于实现雷达隐身、红外隐身和可见光隐身。蝴蝶翅膀的结构由多孔基质和类似脊状的框架组成，这些纳米结构在着色和辐射冷却方面表现出色。类似脊状的纳米纹理由于布拉格衍射效应，使蝴蝶翅膀具有彩虹色。受蝴蝶翅膀启发的衍生材料具有双层结构，具有多孔材料，用于声音吸收[190][191]。变色龙皮肤具有变色和伪装能力，其多层结构包含含有黄色和红色色素的色素细胞，这些细胞可以膨胀或收缩以调节颜色强度。虹彩细胞形成类似光子晶体的纳米晶体阵列。人工变色龙皮肤旨在实现视觉伪装，且温度变化小[192][193]。

Shi等人[194]研究了受装饰甲虫启发的衍生材料在隐身应用中的潜力。甲虫的SEM图像显示其具有手性结构，纳米纤维层以扭曲方式排列（图19A）。这些手性衍生材料通过极化机制增强电磁波吸收性能。手性材料中的极化耦合和解耦机制有助于设计和扩展手性材料的电磁波损耗机制。高熵合金通过单辊熔融纺丝法制备。CMM（Composite Microstructure Materials）采用高熵合金条带制成，具有仿生结构（图19B），详细展示了CMM的3D结构。ZnO涂层与CMM结合使用，实现了13.98 GHz频率下的最小反射损耗值-39 dB（图19C），有效吸收频段覆盖13–17.5 GHz，几乎覆盖了Ku波段。Jian等人[195]制备了受鸟巢启发的衍生材料，这是一种多层纤维增强气凝胶，用于雷达和红外隐身兼容性。通过溶胶-凝胶方法和常压干燥工艺合成了具有热阻和轻质特性的SFRAS（Smart Fibrous Reinforced Aerogel）复合材料。使用CST Microwave Studio软件优化了FSS（Fiber Structure System）的布局。丝网印刷工艺用于制备衍生材料。优化后的鸟巢结构设计实现了宽频段的电磁波吸收。SFS和SFRAS复合材料的形态如图19D所示，其中二氧化硅纳米颗粒包裹在SiO2表面，SiO2纤维相互交错和叠加，大量气凝胶颗粒填充空隙并粘附在SiO2纤维上，通过阻挡纤维连接中的空气来减少气体热传导。SFRAS的低热导率（0.0342–0.05022 W/(m·k)有效降低了结构的热传导，实现了红外隐身效果。5毫米厚的SFRAS材料分别在100℃、200℃、300℃和400℃的恒温平台上测试，其温度分别为39.2℃、61.7℃和86.1℃（图19E）。红外图像显示这些材料有效阻挡了高温，减少了热辐射。模拟和实验结果表明，这些材料的最低反射值分别为6.62 GHz下的-50 dB和4.6 GHz下的-28.5 dB（图19F）。在2.8–15.8 GHz范围内，反射损耗小于-10 dB，相对带宽达到139.7%。Wang等人[196]制备了一种受蝴蝶翅膀启发的仿生薄膜，用于可见光和红外隐身应用。该薄膜通过两步阳极氧化工艺制备，蝴蝶翅膀（Cureris acuta）的结构形态不同大小，紧密排列在翅膀表面。椭圆形多孔结构分布在每两条脊之间，孔径沿主轴为1.4 μm，沿次轴为0.7 μm（图20A）。纯铝片和阳极氧化样品在可见光范围内显示出80%以上的反射率。厚度为39 nm的AP-Al2O3/Al薄膜在380–800 nm范围内完全反射，其他厚度为233 nm、282 nm和550 nm的薄膜分别在480 nm、480 nm和335 nm处显示出反射峰（图20B）。纯铝片和阳极氧化铝片分别在230℃的加热平台上测试，其温度分别为89.6℃和76.2℃（图20C, D）。Hou等人[197]研究了受bio-SnO2@CF材料启发的石南叶结构在电磁波吸收中的应用。这些材料是通过溶剂热处理和马弗炉合成的。bio-SnO2@CF材料在厚度为1.2毫米时实现了-54.8 dB的电磁波吸收最小反射损失值，而在厚度为1.4毫米时，其有效吸收带可覆盖高达5.2 GHz的频率范围。电磁波吸收损失机制包括导电损失、多次反射、阻抗匹配和界面极化。张等人[198]制造了一种仿生双水基超宽带微波吸收超材料。这种超材料的微观结构模仿了蛾眼的反反射特性，形成了多层梯度吸收器。该超材料是通过使用尺寸为200毫米×200毫米的PLA丝材进行3D打印制造的。PLA丝材被设计成具有两个不同的圆锥形水状超结构A和B，如图20E所示。模拟和实验得到的反射损失曲线在C、X和Ku波段都低于-10 dB，并且两者非常接近。3D打印的超材料在3.10–25.10 GHz的超宽频率范围内实现了90%的微波吸收，如图20 F所示。

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图19. A) 左侧是珠宝甲虫的数码照片，右侧是甲虫的扫描电子显微镜（SEM）图像；B) 由高熵合金制成的手性单元结构的示意图；C) 厚度为1毫米和2毫米的ZnO涂层样品的反射损失值[194]；D) SFS和SFRAS的SEM图像：(a) 结构方向，(b,d) SFS在X/Y/Z方向的微观结构，(c,e) SFRAS在X和Y方向的微观结构；E) 含有3%纤维的SFRAS的红外图像及不同温度下的情况；F) 实验和模拟结果的反射损失[195]。

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图20. A) 蝴蝶翅膀（Curetis acuta）的SEM图像：(a) 低倍率，(b) 高倍率；(c) 50分钟的一步阳极氧化，(d) 45分钟的一次阳极氧化和5分钟的二次阳极氧化；B) 不同Al膜厚度的样品在白光正常入射下的反射光谱；C) Al片层的孔深与红外发射率之间的关系；D) 纯Al片层的第一张热图像和阳极氧化后的第二张热图像[196]；E) 受仿生双水基超原子晶格启发的结构设计；F) 2–30 GHz范围内模拟和实验材料的反射损失图[198]。

4.3. 导电聚合物和纳米复合材料
导电聚合物和纳米复合材料因其独特的电学、热学和结构特性而脱颖而出；这些特性使得它们能够操控电磁波和红外信号[199]。导电聚合物是一种有机聚合物材料，由于其π-e-系统（如聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）、聚氨酯（PU）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚苯胺（PANI）和聚(3,4-乙二氧噻吩）（PEDOT））而具有导电性，它们表现出优异的特性，如导电性、透明性、生物降解性和轻质性，因此适合集成到隐身涂层中[200],[201]。当这些复合材料用纳米级填料（如石墨烯、碳纳米管（CNTs）、金属纳米颗粒和氧化石墨烯（rGO）增强时，它们的电磁干扰（EMI）屏蔽能力、电磁波（EMW）吸收能力和红外信号特性得到进一步提升[202],[203]。这些复合材料需要设计和结构与雷达和红外隐身要求兼容。开发受生物启发的导电聚合物和纳米复合材料用于隐身应用，这些材料的优势在于模仿生物系统以实现多功能性、适应性、效率，如轻量化、柔性、多光谱伪装、耐用性和成本效益[204]。

蜘蛛丝是一种出色的天然材料，具有独特的机械、介电和分层结构特性。基于蜘蛛丝蛋白的纤维排列在半晶体基质中。蜘蛛丝的分层结构是一种高强度且柔性的基质，为导电聚合物复合材料的设计提供了灵感。模仿蜘蛛丝的复合材料可以增强电磁波的吸收[205]。张等人[206]制备了受海胆启发的纳米铁氧体仿生材料。这些材料是通过牺牲模板法合成的，如图21 A所示。SEM和TEM图像显示了Fe3O4的形态，显示出类似于海胆的结构，表面分布着许多均匀分散的纳米棒。Fe3O4纳米棒可以具有较大的长宽比，如图21B所示。Fe3O4材料在厚度为1.7毫米时，在6 GHz处实现了-60 dB的最小反射损失值，其电磁吸收范围覆盖4 GHz（13.5–17.5 GHz），如图21C所示。Fe3O4@FeP在2.3 GHz处的最小微波反射损失值为-49.60 dB，电磁吸收带宽为2.3 GHz。吴等人[207]开发了用于低频电磁波吸收的3D珊瑚礁状GO@TiO2/TiO2-C复合材料。这些材料是通过水热和冷冻干燥工艺合成的。SEM和TEM图像显示，GO@TiO2框架中嵌入的TiO2-C形成了三维珊瑚礁状结构，GO@TiO2-C表面均匀覆盖着TiO2纳米颗粒，如图21D所示。GO@TiO2/TiO2-C-15材料在7.40 GHz处实现了-64.40 dB的最小反射损失值，电磁吸收带宽为5.20 GHz至8.90 GHz，厚度为5毫米，如图21E所示。这种复合材料的丰富多孔结构增强了电磁波的吸收性能。这些复合材料的电磁波吸收损失机制包括偶极子效应、界面极化和导电损失（图21 F）。GO@TiO2层和TiO2-C纳米颗粒引起了偶极子和界面极化。顾等人[208]制备了一种受叶片脉络启发的MXene/CNTs/PI（MCP）气凝胶，用于微波吸收和热绝缘。这种材料是通过冷冻铸造、超声处理和氩气气氛下的退火合成的。MCP气凝胶的形态显示由平行排列的多拱层组成，气凝胶表面呈现出平行的脉络，使其更加坚固，如图21G所示。MCP气凝胶在13.7 GHz处实现了-75.8 dB的最小反射损失值，电磁吸收带宽为6.57 GHz，厚度为2.83毫米（图21I），而在2.63毫米厚度时最大电磁吸收带宽为7.14 GHz。MCP气凝胶材料的隔热性能使得约200℃的热板在不同时间（0、40、80和120分钟）的平均温度保持在约38℃，如图21H所示。艾哈迈德等人[209]通过在三维碳质结构中加入导电聚吡咯纳米管（PNTs）制备了受蚂蚁巢穴启发的混合复合材料。这些材料是通过一步煅烧和化学聚合过程合成的。PCS-F材料的SEM和TEM图像显示，其形态由大量纳米到微孔结构组成，表面规则地覆盖着平均直径为220纳米的空心PNTs，如图22 A所示。PCS-F-0.5材料在厚度为3.4毫米时实现了-67.6 dB的最小反射损失值，有效吸收带宽为3.5 GHz；PCS-F-0.25材料在厚度为1.8毫米时最小反射损失值为-53.9 dB，电磁吸收带宽覆盖5.2 GHz，如图22B所示。PCS-F复合材料的微波吸收机制包括多次散射和反射。C/PNTs和C/FeO之间的界面引起了界面极化。MCP气凝胶的隔热性能使得在50、100、150和250 ℃的四种不同温度下，放置在热板上的样品的平均温度分别保持在约38℃，持续加热时间为1–30分钟，如图22C所示。彭等人[210]制备了受蚂蚁巢穴启发的CNF/MXene复合材料用于电磁波吸收。这些复合材料是通过冷冻干燥和碳化过程合成的。复合材料的SEM图像显示其具有类似珍珠母和丝瓜络的结构，分层形态如图22D所示。CCM复合材料在8.82 GHz处的最小反射损失值为-42.2 dB，电磁吸收带宽为7.12 GHz（图22E）；类似丝瓜络的CCN复合材料在8.91 GHz处的最小反射损失值为-63.8 dB，电磁吸收带宽为7.32 GHz，如图22F所示。这两种样品的电磁波吸收损失机制包括阻抗匹配、界面极化、偶极子和多次反射（图22G）。余等人[211]制备了受海胆启发的Co-NC@PANI仿生材料改性的MXene基合成气凝胶。这些气凝胶是通过两步（ZIF）-67高温碳化制备Co-NC，然后将Co-NC改造成受海胆启发的Co-NC@PANI。MCoP-100气凝胶在厚度为2.30毫米时实现了-62.40 dB的最小反射损失值。有效吸收带宽为6.57 GHz，通过调整材料厚度可以实现3.2–18 GHz的电磁波吸收范围。刘等人[212]合成了具有高孔隙率和轻质性的3D气凝胶，用于高性能微波吸收。这种仿生设计灵感来源于自然界中的木细胞壁和海葵结构。各向异性的Co@CN@CNT/rGO/PI复合气凝胶通过单向冷冻干燥和随后的退火工艺制备，具有分层结构。SEM图像（图22H）显示了复合气凝胶的3D多孔结构，PI涂层的rGO孔壁为PGCs提供了优异的机械稳定性。PGC-3气凝胶在2.55毫米厚度时实现了-60.52 dB的最小反射损失值，最佳电磁吸收带宽为8 GHz，如图22I所示。PI/rGO/Co@CN@CNT气凝胶的界面产生了界面极化，增强了介电损失。Co纳米颗粒提供了磁损失，分层多孔各向异性结构结合了导电损失和磁损失，实现了优异的阻抗匹配和微波衰减，如图22J所示。

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图21. A) 合成过程的示意图；B) (a,b) 不同放大倍数的Fe3O4的SEM图像；(c) Fe3O4的EDS映射；(d,e) Fe3O4纳米棒的TEM图像；(f) HR-TEM；C) Fe3O4的3D反射损失图[206]；D) (a,c) GO@TiO2/TiO2-C-10的FESEM和TEM；(b,d) GO@TiO2/TiO2-C-20的FESEM和TEM；E) GO@TiO2/TiO2-C15的3D反射损失曲线；F) GO@TiO2/TiO2-C的微波损失机制示意图[207]；G) MCP气凝胶的SEM图像；(a) 气凝胶的方向；(b-d) MCP3的各向异性结构；H) MCP气凝胶的热红外图像及MCP5气凝胶的温度随时间变化曲线；I) 不同厚度MCP5气凝胶的3D反射损失与频率的关系[208]。

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图22. A) PCS-F的SEM（a）和TEM（b）图像；B) PCS-F在不同厚度下的2D反射损失曲线和电磁吸收带宽（EAB）；C) 250 ℃下PCS-02的热红外图像及不同时间下的变化[209]；D) (a) 类珍珠母的CCM的SEM图像；(b) 类丝瓜络的CCM的SEM图像；E) 类丝瓜络的CCM的2D反射损失曲线；F) CCM复合材料的微波吸收机制示意图[210]；H) 不同放大倍数的PGC-3气凝胶的SEM图像；I) PGC-3气凝胶的3D反射损失图；J) PI/rGO/Co@CN@CNT气凝胶的电磁波吸收损失机制示意图[212]。

4.4. 多光谱兼容隐身材料设计
开发同时抑制雷达和红外信号的多光谱兼容隐身设计是先进防御技术的关键要求。传统的隐身材料通常分别提供红外和雷达隐身效果。在单一材料系统中实现多隐身兼容性是一个重大挑战，因为这些系统在本质上具有不同的工作原理[213]。雷达隐身材料在雷达频谱中表现出高电磁波吸收性能，而红外隐身材料需要在红外频谱中具有低发射率。但是雷达和红外隐身的隐身频谱不同，如果单一材料能在雷达频谱中实现高吸收并在红外频谱中实现低发射率，就能满足多光谱兼容隐身的要求[214]。因此，开发新的雷达-红外兼容隐身材料设计至关重要，这种设计可以通过优化满足两种隐身需求。具有宽带和高性能的多光谱兼容隐身材料的发展具有重要的战略意义。根据材料的组成和结构，多光谱兼容隐身材料可以分为三类。第一类是单一系统的雷达和红外兼容材料，通过单层结构或单一材料系统的集成设计实现多隐身兼容性能[215]。尽管这些材料通常具有设计灵活性，并能实现高性能的雷达和红外隐身兼容性，但为了进一步提高多光谱兼容隐身性能，第二类是雷达和红外兼容隐身材料的复合系统，通过多层架构系统工程化整合高性能的红外和雷达隐身材料[216]。在制造雷达和红外兼容的隐身材料的过程中，雷达吸收材料和红外发射率是受到调控的关键参数，这些材料通常作为单层涂层分别制造，以分别满足电磁波吸收和热管理的要求。然后，将这些单层材料结合在一起，制备出双层或多层的雷达和红外隐身材料。在研究多层复合系统时，一个关键挑战是在提高每个功能层的雷达和红外隐身性能的同时，尽量减少层间干扰。微波的穿透能力远大于红外线，这意味着微波能够比红外线更深地穿透材料[217][218]。因此，我们设计了多光谱兼容的隐身材料，将红外隐身材料层涂覆在微波隐身材料之上。在设计和制造雷达和红外隐身复合材料时，红外隐身层需要表现出有效的红外调节性能，同时保持较高的电磁波穿透能力，确保雷达隐身层的衰减性能不受影响。多层结构可以有效减少雷达和红外性能之间的干扰[219]。第三种类型是新型的雷达和红外兼容的超材料，它们通过设计微观到纳米级别的结构和化学成分，调整电磁波特性，从而实现极佳的多光谱兼容隐身性能[220][221]。雷达和红外兼容的超材料有望解决电磁性能和热性能之间的固有矛盾，但其制造过程较为复杂。模仿这些结构的自然启发式架构能够同时控制红外辐射和电磁波的传播，为轻量化和高效率的隐身材料提供了途径。

Chi等人[222]通过两步双向冷冻铸造工艺和热退火法制备了一种超轻的三层结构MXene/rGO复合气凝胶材料。数字图像显示了不同浓度的MXrGA气凝胶材料，三层之间的边界清晰，每层的厚度均为5毫米，如图23A所示。扫描电子显微镜（SEM）图像揭示了MXrGA气凝胶材料的形态，各层的横截面显示出从稀疏到密集的孔隙结构。气凝胶材料表现出优异的微波吸收性能（图23B），在最大电磁吸收带宽（EAB）为12.9 GHz时，最小反射损失值为-53.1 dB。此外，MXrGA气凝胶材料的导热率极低，仅为26 mWm-1K-1，并且在40–120°C的温度范围内具有良好的动态红外伪装能力，能够在30秒内实现快速隐蔽（图23C）。Chen等人[225]合成了Fe3O4@C纳米复合材料和柔性Fe3O4@C/PDMS磁膜。该磁膜在4.74 GHz时的最小反射值为-60.62 dB。分层卷曲的MCF材料具有0.35的低红外发射率，强大的热绝缘性能（ΔT ≈ 70°C），以及高达-20 dB·m2的显著雷达截面减少效果。Xu等人[223]合成了交替的多层Ti3C2Tx/Co夹心状复合材料。SEM图像（图23D）显示，在大量Co颗粒之间形成了Ti3C2Tx材料的三维层状夹心异质结构。Ti3C2Tx/Co复合材料在2.5毫米厚度时的最小反射损失值为-49.57 dB，电磁吸收带宽（EAB）为2.88 GHz（图23E）。Ti3C2Tx/Co材料的导热率为0.754 Wm-1K-1。将复合材料放置在热板上后，经过120秒的连续加热，当热板温度达到50.2°C时，CM-1、CM-2和CM-3的表面温度分别为42.4°C、44.1°C和41.9°C，比基底低约10°C，显示出有效的热管理效果（图23F）。此外，实现红外隐身不仅需要降低温度，还需要保持低红外发射率。Yan等人[226]受CuFe2O4和MXene材料合成方法的启发，分别通过水热法和蚀刻法制备了柔性CuFe2O4@MXene/棉织物。CuFe2O4@MXene/CF材料在17.45 GHz时的最小反射损失值为-54.96 dB，电磁吸收带宽为5.01 GHz。CuFe2O4@MXene/CF材料的平均发射率分别为0.529（3–5 μm）和0.491（8–14 μm），表明其具有改进的红外抑制性能。当放置在38°C的热台上2分钟后，其表面温度仅比环境温度25°C高4.1°C。Li等人[224]使用PDMS与不同量的Fe3O4溶液混合制备了介电材料层，并在室温下搅拌以确保均匀分散。通过丝网印刷法制备了纳米Fe3O4/PDMS复合材料（图23G）。将这些复合材料放置在80°C的恒温加热平台上10分钟后，测量得到介电层的表面温度分别为62.7°C和46.2°C。IRSL材料的平均发射率为0.312（图23H）。不含IRSL材料的样品在16.5 GHz时的最小反射损失值为-34.30 dB。IRSL材料在13.3 GHz时的最小反射损失值为-36.2 dB，有效吸收带宽为14.5 GHz（图23I）。Rui等人[227]制备了用于雷达和红外兼容隐身的柔性双层MXene@Fe3O4/CF复合材料。MXene@Fe3O4/CF材料在2.88 GHz时的最小反射损失值为-18.54 dB，有效吸收带宽为3.73 GHz。此外，其红外发射率为0.24，导热率为0.4381 W/(m?K)。MXene@Fe3O4/CF材料将物体在40°C和130°C时的表面温度分别降低到20.6°C和43.3°C，相对于环境条件的温差分别为5.6°C和28.3°C。

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图23. A) MXrGA气凝胶材料的SEM图像，显示了孔隙结构和层状结构。B) MXrGA气凝胶材料的3D反射损失图；C) MXrGA气凝胶的导热率[222]；D) SEM图像显示Co颗粒嵌入在Ti?C?T?的表面和层间；E) Ti3C2Tx/Co复合材料的3D反射损失图；F) 不同Co含量的Ti?C?T?/Co复合材料的温度随时间变化曲线[223]；G) 通过丝网印刷法制备柔性超材料的示意图；H) PET和IRSL超材料的红外发射率曲线；I) 有IRSL和没有IRSL的反射损失图[224]。

4.5. 环境耐久性和工程可行性

环境耐久性，包括热稳定性、耐腐蚀性、机械强度和表面稳定性，对于在实际应用中部署多功能电磁-热隐身材料至关重要。一些研究展示了有前景的耐久性特性，并指出了实现规模化生产的工程途径。例如，多种复合材料表现出适用于高温环境的高热稳定性和隔热性能。MXene/PF@MF混合泡沫具有超低的导热率和稳定的隔热性能[228]。这种轻质MXene/PF@MF混合泡沫具有三维帐篷状结构，通过传导损失、极化松弛和多次散射实现了卓越的微波吸收性能（RLmin -58.8 dB，EAB 6.74 GHz，2.2 mm）。这些泡沫还具有低导热率（≈0.0309 W·m-1 K-1）和红外隐身性能，实现了多功能的热绝缘和电磁保护。受生物启发的芳纶纳米纤维@二氧化硅核壳气凝胶通过溶胶-凝胶-薄膜转化和TEOS CVD技术制备，形成了可控的二氧化硅壳层和坚固的多层多孔网络。芳纶纤维@二氧化硅气凝胶在高达约530°C的温度下仍保持结构完整性和热阻性[148]，导热率为0.030 W·m-1·K-1，拉伸强度为7.5 MPa，阻燃性能优异（极限氧指数约为36.5）。茄子衍生的生物质碳泡沫（异质界面工程）在高温处理后仍保持宽带微波吸收（RLmin -28.41 dB，EAB ～6.5 GHz）和低红外发射率[55]。超轻的棉纳米纤维素衍生3D多孔碳气凝胶在高温处理后仍保持超低密度、低红外发射率（≈0.52–0.56）和有效的微波吸收（RLmin -19.8 dB，EAB ～4.64 GHz），实现了结合热绝缘和多光谱隐身[157]。

将金属相嵌入保护性碳或碳化物基体中的防腐和化学稳定性策略显著提高了环境耐久性。机械化学碳氮化处理的FeSiCr合金在耐腐蚀性方面提高了几个数量级，并实现了超宽带微波吸收[229]。Ni3Fe@N掺杂的CNT网络由于核壳结构和导电碳的保护作用，表现出非常低的腐蚀电流[163]。这些方法表明了在腐蚀性或海洋环境中保护金属微波损耗中心的可行途径。

几种仿生或结构化的吸收体在吸收性能和所需的机械强度之间取得了平衡。例如，受鳞翅目昆虫启发的微波黑体（碳黑/玄武岩纤维/环氧树脂复合材料）具有高弯曲强度[230]，并通过准网格匹配层和准蜂窝吸收层实现了37.8 GHz（2.8–40 GHz）的有效吸收带宽。碳黑/玄武岩纤维/环氧树脂复合材料还具备229.8 MPa的弯曲强度和良好的损伤耐受性，适用于集成雷达隐身和承重应用。3D打印的同心填充物和树状超结构（ABS/CF/MWCNTs）提供了可制造的几何形状，具有改进的机械性能和重复性[231]。3D打印的同心填充物创建了均匀复杂的微结构，增强了微波衰减、阻抗匹配和角度稳定的低频吸收。受蚂蚁群体算法优化的生物启发式树状超结构在保持机械强度的同时，拓宽了有效吸收带宽[231]。气凝胶和泡沫在实现超低质量和足够的机械强度之间取得了平衡，研究人员正在探索降低密度同时保留实际应用所需的多功能特性的架构和化学成分。例如，超轻的纤维素衍生气凝胶表现出极低的体积密度，同时保持了有用的热、光学和电磁性能，但由于其脆弱性，需要小心处理，通常还需要额外的表面处理或封装来防止磨损[157]。同样，梯度减少的石墨烯氧化物气凝胶通过结合分层孔隙结构和分级组成，在保持阻抗匹配的同时最小化了质量，实现了超宽带电磁吸收（从微波到太赫兹波段）；然而，它们开放的多孔网络可能在机械上较为脆弱，需要增强策略或复合材料集成来提高耐久性[232]。包含高孔隙率和丰富纳米级空腔的纳米气凝胶设计（如聚合物/多壁碳纳米管混合物）提供了卓越的电磁屏蔽和热隐身性能，但牺牲了机械强度，因此实际应用通常需要采取措施（如交联、涂层或层压）来提高耐磨性和结构完整性[233]。

表面稳定性、自清洁性和疏水性对于保持长期的光学和电磁性能至关重要，因为任何表面污染、灰尘或环境颗粒都可能降低发射率、反射率和吸收特性。为此，研究人员借鉴了生物策略，开发了超疏水性和自清洁表面处理方法，以防止污染物积累并改变表面性能。例如，受蚂蚁巢穴启发的复合材料结合了分层孔隙结构和低能量表面化学，促进了水的排斥性和颗粒的自发去除，从而在反复暴露下保持稳定的热绝缘和微波吸收[209]。同样，分层Ti3C2Tx MXene/Ni-chain/ZnO阵列涂层在棉织物上结合了纳米级粗糙度和疏水涂层，产生了持久的超疏水性和主动自清洁性能，保持了微波吸收性能并在机械磨损和环境应力下延长了使用寿命[234]。这些生物启发的表面策略——从定制的微/纳米拓扑结构到坚固的疏水涂层——使材料能够在实际污染环境中保持光学和电磁功能。

制造途径和可扩展性涵盖了从实验室规模创新到工业加工的多样化工具箱：电纺后进行控制热解可以生产具有内在孔隙率和多功能损耗机制的连续3D纤维网络[235]；增材制造（3D打印）可以快速制造出具有可调填充物和分级拓扑结构的仿生吸收体几何形状，以实现优化的阻抗匹配和机械性能[231]；生物质原料的单步煅烧和聚合可以生产低成本、具有内置分层孔隙率和表面化学的混合碳基复合材料，适用于自清洁和热绝缘功能[209]；机械化学处理方法可以将Fe-Si-Cr及相关合金转化为碳化物相，从而在规模上提高介电/磁性能和耐腐蚀性[229]；MOF衍生的簇、MXene堆叠或梯度减少的石墨烯气凝胶的异维组装可以集成到泡沫或薄膜基体中，制成多功能、适合形状因子的面板[232][236]。许多这些方法本质上与卷对卷涂层、连续电纺生产线或批量炉工作流程兼容，为提高产量提供了明确途径——但要实现一致且均匀的微观结构（对于宽带阻抗匹配和可重复的光学/电磁响应至关重要）仍是一个工程瓶颈，需要精确的过程控制、在线测量和可扩展的后处理或复合材料集成策略。

环境生命周期和可回收性在设计中越来越受到重视，多项研究展示了实现闭环回收和循环处理的实用途径。例如，基于壳聚糖的组装化学方法可以通过酸触发溶解粘合剂并选择性回收MOF/MXene基复合泡沫的组成成分，提供了一种化学响应性的方法，在材料使用寿命结束时拆卸复合材料并回收有价值的材料以供再利用[236]。除了粘合剂化学之外，选择耐用的基体材料（如碳质框架和富含陶瓷的网络）可以延长使用寿命，从而通过减少更换频率来降低生命周期的环境影响；生物质衍生的碳泡沫和TiO2修饰的碳结构表现出出色的热稳定性、机械稳定性和化学稳定性，支持长时间的操作窗口[55]，而芳纶-二氧化硅混合气凝胶及相关陶瓷增强纳米复合材料则提供了高热稳定性和阻燃性，进一步延长了使用寿命[148]。将可化学回收的粘合剂与本身寿命较长的基体化学材料结合使用，形成了互补的策略：可回收、低能耗的回收途径减少了废物流，而耐用的碳/陶瓷基体则减少了更换频率——共同构成了通往更可持续、循环利用的电磁和热隐身材料的实用路径[55]、[148]、[236]。主要的工程挑战和缓解策略集中在保护功能性成分、在超低质量下保持结构性能、在现实环境中保持表面光学/红外特性以及实现可重复的大面积阻抗匹配微结构。首先，纳米级的磁性和金属损耗中心容易受到氧化和腐蚀的影响，这会降低磁响应和长期性能；强有力的解决方案包括使用碳或碳化物进行包覆以及抗腐蚀合金化，以形成保护壳或钝化层，既能保持电磁损耗又能阻挡环境侵蚀[163]、[229]。其次，可以通过多尺度、分层结构来缓解超低密度与机械耐用性之间的持续权衡，这种结构将增强材料集中在应力集中的地方，并通过添加薄保护层或表面涂层来提供耐磨性，而不会显著增加质量——这种方法已在纤维素衍生的气凝胶和仿生结构的吸收剂中得到验证[157]、[230]。第三，要在污染条件下保持光学和红外表面特性，需要进行表面工程：超疏水性和自清洁微/纳米拓扑结构、低能耗涂层或模块化、可更换的外层可以在多尘、油腻或潮湿的条件下保持发射率和吸收率，例如蚂蚁巢穴启发的复合材料和分层MXene/Ni/ZnO织物处理[209]、[234]。第四，生产具有连续宽带阻抗匹配的大面积材料需要可扩展的、可控的制造工艺和在线过程控制；解决方案包括可扩展的图案化和成型方法——3D打印、带有模板的热解电纺以及气凝胶或异维混合体的梯度组装——并结合计量学和闭环过程反馈，以确保整个面板上的微结构均匀性[231]、[232]、[235]。这些针对材料、结构、表面和工艺的策略共同构成了从实验室演示到实际应用的耐用、多功能电磁/热隐身系统之间的实用路线图。

5. 结论与未来展望
仿生和生物启发式方法通过提供经过实验验证的策略显著增强了多光谱隐身性能，最小化了雷达截面和红外特征。这些创新实现了隐身效果，而无需依赖笨重、频率受限的涂层或极端的几何形状。在所调查的文献中，源自蛾眼、荷叶、蜘蛛网和蜂窝图案的微纳米分级表面结构反复显示出强大的优势：增加的表面积和多次内部反射增强了微波相互作用和耗散；渐变的折射率分布和定制的孔隙率促进了宽带阻抗匹配；分级粗糙度提供了防水性和自清洁性能，在实际环境中保持了性能。同时，材料层面的进展（包括导电聚合物、碳质网络、磁性铁氧体和混合MXene/纳米填料复合材料）提供了互补的损耗机制（导电损耗、界面损耗和偶极极化以及磁共振损耗），当与仿生结构结合时，可以实现低于-40 dB的反射损耗，并在实用的厚度范围内覆盖关键的S、X和Ku波段。对于红外隐身，生物启发的热管理策略（如极熊毛状中空纤维、撒哈拉蚂蚁毛发几何结构、二氧化硅和芳纶气凝胶）通过有效的热绝缘、辐射控制和低发射率涂层明显降低了发射率和表面温度对比度；一些报道的系统同时实现了强烈的微波吸收和可测量的红外抑制，强调了多光谱兼容性的可行性。重要的是，将结构和成分相结合的工作，例如分层图案化的超材料、叶脉MXene/CNT气凝胶以及章鱼或穿山甲启发的机械设计，表明可以在不牺牲电磁性能的情况下实现多功能性（机械强度、轻量化、疏水性和热绝缘性）。该综述还强调了可重复的制造方法（水热生长、电纺、冷冻铸造、模板化、3D打印和溶热/碳化序列），这些方法可以从实验室原型扩展到更大的面板，同时保持关键的多尺度结构。跨研究的比较分析显示了一致的相关性：增加的结构层次和界面密度改善了阻抗匹配和能量耗散；引入磁性相拓宽了低频响应；多孔、低密度基体增强了红外绝缘性能，同时有助于微波散射。同时，编译的数据也揭示了必须承认的局限性：许多高性能的演示需要特定的厚度来调整四分之一波长匹配，一些依赖于增加重量或成本的填料或工艺，环境耐久性（机械磨损、温度循环、空气动力学暴露）的报道各不相同。尽管如此，大量的实证结果支持了一个明确的技术结论：明智地应用仿生设计原则，结合结构几何形状和互补的材料损耗机制，构成了通往高性能、多光谱隐身材料的有效且通用的途径。该综述工作确立了实用的设计规则（分级孔隙率、渐变组成、集成磁/介电损耗和多功能涂层）以及经过验证的制造方法，共同实现了轻量化的、宽频带的雷达吸收器，并具有同时的红外热控制功能，使仿生多光谱隐身成为现实世界隐身应用中的一个成熟且可行的研究方向。

6. 未来展望
仿生和生物启发的多光谱隐身材料将发展成为一个完全集成的设计学科，结合可编程物质、分层超材料和自主适应系统，实现几乎连续的雷达、红外、可见光和声学波段的隐身。材料将不再是静态涂层或固定结构，而是能够感知局部电磁和热环境并在微观到宏观尺度上自主重新配置的多功能、可重构的表面。受自然分层图案启发的结构（蛾眼抗反射、荷叶分级孔隙率、蜘蛛网网络、蜂窝承重晶格和头足类动物动态皮肤）将在活性超材料晶格中实现，其单元格可以通过嵌入式执行器、纳米级相变元件和场驱动的电子/离子调制器根据需求改变几何形状、介电常数、渗透率和发射率。雷达特征将通过自适应阻抗梯度和相位相干表面电流实时调整，这些电流可以在任意宽的带宽和入射角度范围内重新定向或破坏性地干扰入射波前。红外特征将通过结合超低导电性绝缘支架、相变热储库和主动辐射元件的多尺度热网络进行管理，这些元件可以调节发射率和局部温度，以匹配或压制背景噪声，同时最小化能量成本。跨尺度的集成将通过先进的制造技术、原子级沉积、多材料定向自组装和大规模并行纳米级3D打印实现，允许在承重结构内精确放置功能性异质性和嵌入式传感/处理单元。关键的是，控制将是分布式的：材料将具备局部智能（神经形态传感器、忆阻学习阵列），通过安全的网络协作来实现任务级别的隐蔽策略，无需集中指挥。这将允许考虑传感器模式、平台动力学和环境权衡（例如热舒适性与特征最小化）的情境感知隐身。生物混合方法，其中活细胞或工程化的生物分子系统与无机支架接口，将为选定的应用提供低功耗、自修复和可生物降解的功能。能源管理将从被动容忍转向主动经济：集成的能量收集（光子、热、机械）和可逆热存储将满足自适应元件的小规模、间歇性能源需求，同时保持低可检测性。未来的材料工程将强调生命周期的可持续性和伦理治理：可回收、无毒的化学成分和设计的寿命终结回收将成为标准，政策框架将紧密地将能力部署与监督和条约制度相结合。标准化的数字孪生体和经过验证的多物理模型将在庞大的实验和服役数据集上进行训练，从而可靠地预测操作条件下的多光谱性能，加速认证并降低风险。因此，仿生多光谱隐身将在广泛的平台上实现（从微型无人机和士兵系统到大型航空航天和海洋车辆），实现定制的、特定任务的可见性控制，这种控制是稳健的、高效的，并能适应不断发展的传感架构。

**作者贡献声明**
Suman Gandi：撰写——审阅与编辑、形式分析。
Saidi Reddy Parne：撰写——审阅与编辑、可视化、验证、监督、资源管理、方法论、研究、资金获取、概念化。
Sumit Patel：撰写——原始草稿、可视化、验证、方法论、研究、形式分析、数据管理、概念化。
Sahil Sharma：撰写——审阅与编辑、形式分析。
Linga Reddy Cenkeramaddi：撰写——审阅与编辑、可视化、验证、监督、资源管理、方法论、研究、资金获取、概念化。