受玉簪植物启发的分层超材料用于电磁吸收：成分与结构的协同设计

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Hosta-inspired hierarchical metamaterials for electromagnetic absorption: synergistic design of composition and structure

　　

摘要

将材料的固有属性与结构设计相结合，以开发出既能实现阻抗匹配又能有效耗散能量的轻质电磁波吸收器，仍然是一个重大挑战。本研究受到Hosta植物中复杂的多尺度光捕获策略的启发，提出了一种方法，该方法将材料的固有特性与其结构配置的物理效应相结合。该方法基于全连接神经网络，并通过遗传算法进行优化，使得优化后的材料在1–40 GHz的极宽频率范围内实现了超过90%的吸收率。值得注意的是，这种性能是在单位面积密度仅为0.096 g/cm2、物理厚度约为λ_max的1/20的情况下实现的。电磁仿真表明，对结构相位的精确调控成功地将电磁能量损失区域定位在了材料分布区域内。同时，磁电特性的协同作用确保了这些被捕获能量的高效快速耗散。这种创新的协同设计方法具有出色的通用性，为下一代轻质超宽带吸收超材料的研发提供了坚实的理论基础和技术灵感。通过弥合微观材料响应与宏观结构布局之间的差距，这项研究为需要在复杂电磁环境中实现最小重量和最大带宽效率的先进屏蔽和隐身技术铺平了道路。