南京理工大学廖文和教授ACHM：轻量化、可共形的透明吸波超材料

【研究背景】

随着雷达和无线通信系统的飞速发展，下一代航空航天平台对多功能集成的需求日益迫切。在飞机座舱盖、光伏阵列板和光学传感器窗口等透光部件上，如何同时兼顾高可见光透射率与低电磁反射，一直是电磁兼容与隐身领域的核心难点。传统策略通常通过多层堆叠来拓宽吸波频带，但这不仅显著增加了材料的厚度和重量，还会导致透光率大幅下降。更为棘手的是，传统基底往往难以高精度贴合具有复杂高斯曲率的气动表面。如何在宽带微波吸收、高光学透明度、极低重量以及复杂曲面共形能力之间取得完美的平衡，成为了该领域亟待解决的瓶颈。

【成果简介】

近日，南京理工大学廖文和教授团队在国际知名材料期刊 Advanced Composites and Hybrid Materials（IF: 21.8） 上发表了题为“Lightweight conformal design of optically transparent and broadband microwave absorbing metamaterial”的最新研究成果。该研究创新性地提出了一种由氧化铟锡（ITO）电阻膜与薄壁蜂窝骨架复合而成的透明吸波超材料。通过光固化3D打印技术定制具有可调泊松比的透明树脂介电层，该超材料能够精准共形于复杂曲面。在实现极低面密度的同时，完美契合了宽频隐身与高透光的苛刻需求。

图1.轻质透明吸波超材料曲面共形设计

图2.透明吸波超材料制备流程

【研究亮点】

1. 复杂曲面共形设计

为了实现曲面的完美包裹，研究团队深入探究了内凹六边形、六边形和半内凹六边形三种薄壁蜂窝单元的力学变形行为。由于面内泊松比的差异，这三种结构在受弯矩时分别会生成同向曲面（Synclastic）、反向曲面（Anticlastic）和单向曲面（Monoclastic）。通过提取目标曲面的高斯曲率特征并进行区域划分与单元填充，该设计能在无显著结构畸变的前提下，实现二维平面到三维复杂曲面的无缝贴合。

图3.三种薄壁蜂窝单元的力学性能和曲面共形

2. 超宽带电磁吸收

在电磁性能方面，该超材料在5.6-19.2 GHz频段内实现了超过90%的超宽带电磁波吸收，相对带宽高达109.7%。其宽带吸收机制主要归功于内、外双环上的电荷积累所激发的强电场和表面电流，从而带来显著的表面欧姆损耗。上下表面反向分布的电流回路形成了磁偶极子，这种电场与磁场谐振的协同作用进一步强化了吸波性能。

图4.超材料电磁吸收性能与极化角度敏感性

3. 高透光与轻量化的协同集成设计

通过将增材制造的薄壁蜂窝骨架与优化后的双环ITO谐振表面进行协同复合，该超材料在保持82.59%高可见光透射率的同时，面密度仅为1.11 kg/m²。这种创新的多孔介电层设计不仅显著减轻了结构自重，更成功打破了传统透光吸波体为了拓宽带宽而不得不增加厚度、进而导致透光率大幅下降的物理瓶颈，实现了光学与电磁性能的高效协同。研究团队将其覆盖于航天级三结GaAs太阳能电池表面进行测试，测试结果显示，太阳能电池的峰值输出功率从1.23 W降至1.04 W，光电转换效率依然保持了初始状态的约85%，验证了其对能源收集系统的低负面影响。

图5.样件性能实测及同类型研究对比

【总结与展望】

本工作成功攻克了传统吸波材料在超宽带微波吸收、高光学透光率、极低重量和复杂表面共形能力之间难以兼顾的难题。这种高度适应性的超材料骨架为多领域技术融合提供了绝佳平台，在未来的航天器共形隐身、无人机太阳能集成以及可穿戴光电传感器等前沿方向具有广阔的应用前景。

论文链接：

https://doi.org/10.1007/s42114-026-01815-6