受链甲启发的可贴合且可切换的微波超材料吸收器

为隐形电子披上的护甲

从自动驾驶汽车到5G基站，我们的世界正充斥着不断发送与接收微波的天线与雷达系统。这些信号会相互干扰，或将敏感设备的位置暴露给雷达。本文提出了一种新型“微波护甲”——一种薄、柔且可调的材料，灵感来源于中世纪链甲，能贴合几乎任意形状并吸收大范围的无用微波。

传统屏蔽为何力不从心

传统的微波吸收体通常是刚性的面板或涂层。在平坦或轻微弯曲的表面上它们表现尚可，但现代设备很少具有如此简单的形状。汽车、飞机、密集布置的电路盒和雷达罩呈现出复杂曲面和活动部件。当现有吸收体被弯曲或拉伸以适配这些形状时，其内部结构会发生畸变，性能下降，有时还会产生机械应力缩短寿命。柔性泡沫和橡胶片在一定程度上有所帮助，但它们常常在强度、带宽或效率之间妥协，并且在像马鞍或穹顶那样在多个方向上弯曲的表面上通常力不从心。

借鉴中世纪盔甲的妙处

作者从链甲——由互锁金属环组成的古代盔甲——中借来关键思路。链甲既坚固又有垂性：刚硬部件松散连接，能够滑动与旋转。将这一概念转化到电磁学中，团队设计了像织物一样相互连接的微小刚性单元。每个单元由普通塑料制成的方框，以及由含导电碳纳米管的塑料制成的十字形内部结构组成，后者能高效地将微波能量转化为热量。数十个这样的立方环互锁，形成一张薄片，可用常规双喷头3D打印机一次性打印完成。

能吸收宽带电波的“织物”

对单元几何形状的精心设计同时完成两项任务。在电磁方面，十字形内件有点像微型天线和磁环，通过建立谐振拓宽了薄片可吸收的频率范围。最终设计仅厚5.5毫米，在约6.2到17.6吉赫之间的大部分频段上吸收超过90%的入射微波——覆盖汽车雷达和许多通讯系统使用的重要频段——并且对不同偏振和斜入射角都有效。在机械方面，额外的梁与支柱使每个单元比早期版本强约十倍，因此该材料表现为一种坚韧的可穿戴网状结构，而非脆弱的格栅。

贴合曲面而不丧失效能

链甲式布局允许刚性单元相互倾斜和旋转，而不是被弯曲或拉伸。研究者通过几何分析与实验表明，该网格可以在多个方向上显著倾斜，甚至完全悬垂，能够披覆手指、手腕、圆柱、马鞍以及混合球面等形状。当该薄片附着在弯曲的金属物体上并在消声室中测试时，它显著降低了雷达散射截面——雷达“看到”的表观尺寸——同时保持其平均吸收几乎不变。事实上，其性能的退化远小于相同厚度的标准吸收体，尤其在更高频率下表现更优，并且能适应传统分层材料难以贴合的形状。

像收音机旋钮一样切换频段

由于单元本身不变形，作者采用另一种技巧使吸收器可调：改变单元的紧密度。通过将弹性带穿过外排并用小马达向内拉紧边缘，他们可以将薄片平滑地从30厘米收缩到24厘米，或让其恢复扩展。此动作使网格更加致密或松散，推动其主要吸收带在较低与较高微波频率之间移动。测量显示，通过在尺寸间切换，同一薄片的有效覆盖总范围约为4.6到18吉赫——比同厚度固定设计理论上允许的带宽更宽。该系统在无持续供电下能保持状态，至少能承受100次切换循环，并能承受可观载荷，适合实际设备应用。

对日常技术的意义

对非专业读者而言，结论是研究者制造出了一种智能化的3D打印链甲，让设备在复杂弯曲形状下仍能对雷达更不显眼并减少微波干扰。与刚性面板或易碎的弹性涂层不同，这种材料在一层薄片中结合了强度、柔性与可调性。它可以帮助未来的汽车、无人机、通信硬件与测试设施根据周围无线电波的情况动态调整其互作用方式，就像盔甲能根据威胁改变防护级别一样。

引用: Tan, R., Zhou, J. & Chen, P. Chainmail-inspired conformable and switchable microwave metamaterial absorber. Nat Commun 17, 1904 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68694-9

关键词: 微波吸收体, 超材料, 电磁隐身, 柔性电子, 链甲结构