热调控超宽频吸波超材料

近日，西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室田小永教授团队通过3D打印成功制备了具有超宽频吸波性能的热可调超材料（T-TBM）。该器件通过控制不同超材料单元的固–液相状态来调节T-TBM的电磁响应。与之前报道的主动控制超材料不同，T-TBM的吸波性能不仅可以通过温度的变化来进行调控，而且其超宽频吸波的性能不随温度的变化而改变。该研究团队表示，这种方法可以进一步促进智能超材料和热控制吸收器的发展。
在该研究中，首先通过机械法制备了RGO@Fe₃O₄纳米复合材料。纳米复合材料的表征结果证实了具有夹层结构的RGO@Fe₃O₄纳米复合材料被制备成功。通过将15 wt%的RGO@Fe₃O₄纳米复合材料添加到具有不同相变温度的石蜡中来制备石蜡基复合材料。实验结果表明，石蜡基复合材料不仅具有优良的电磁损耗性能，而且具有稳定的相变行为（相变行为不随纳米复合材料的添加而发生改变）。基于石蜡基复合材料的物理参数测试结果，利用ANSYS HFSS 16.0设计并优化了T-TBM的结构尺寸。同时，对T-TBM的吸波性能进行了仿真和测试。实验结果表明，T-TBM不仅具有超宽频吸波的性能，而且在不同的温度下可以使吸波峰发生偏移（反射损耗小于–30 dB）。值得注意的是，温度的改变并不会改变T-TBM的超宽频吸波的性能。最后，该团队对T-TBM结构的热调控吸波性能的微观机理进行了分析。分析结果表明，由RGO@Fe₃O₄纳米复合材料构建的导电网络在石蜡基复合材料相变过程中所产生的不同的微观形态对T-TBM的热调控机制发挥了重要的作用。