近日，好博·体育(中国)官方网站 - HAOBO SPORTS贺爱华、聂华荣教授团队在轻质高性能电磁波吸收材料的结构设计与吸收机制研究方面取得新进展。相关成果以“Reflection-Phase Coordination in Low-Interface, High-Gradient Electromagnetic Absorbers”为题在线发表于国际期刊《Advanced Functional Materials》。
随着无线通信、雷达探测及高密度电子设备的快速发展，如何实现电磁波的高效吸收与电磁污染抑制已成为备受关注的问题。对于电磁波吸收材料而言，入射电磁波首先需要顺利进入材料内部，随后通过介电损耗、磁损耗等方式实现有效衰减，因此，阻抗匹配与电磁衰减之间的协调一直是高性能吸波材料设计的核心问题。传统梯度与多层结构通常通过更加平缓的电磁参数过渡改善阻抗匹配，并借助更多层级延长传播和衰减路径。然而，随着层数增加，新增界面也会引入额外的局域反射以及不同的传播相位积累，其对最终吸收行为的影响长期以来并未得到充分关注。
图1 （a）气凝胶制备与层状结构示意图；（b–d）层状气凝胶的吸波性能
本研究以超轻碳纳米管/镍纳米线（CNT/NiNW）气凝胶为模型体系，构筑了具有不同界面拓扑的梯度吸波结构。研究发现，低界面–高梯度的L–H双层结构表现出优于L–M–H（L、M、H分别代表低、中、高CNT/NiNW含量的气凝胶层）三层梯度结构的吸收性能：L–H在4.7 mm匹配厚度下获得了?58.3 dB的最低反射损耗，并在最佳匹配厚度下实现有效吸收带宽（RL <?10 dB）覆盖整个X波段。值得注意的是，尽管L–M–H具有更强的电磁衰减能力，并在其最佳吸收条件下呈现出更有利的阻抗匹配参数，却未获得更深的反射损耗，这表明仅依靠“阻抗匹配–电磁衰减”的传统分析框架，尚不足以解释不同层状结构之间的吸收性能差异。
针对这一反常现象，研究进一步将关注点由传统阻抗–衰减参数拓展至界面诱导的内部反射及其相位行为。研究团队通过对局域界面反射系数（|Γ?/?|）与完整结构表面反射相位（ΔΦ）的联合分析发现，L–H结构将较大的电磁对比集中于单一关键界面，在最低反射损耗附近具有较强的局域界面反射（|ΓL/H| ≈ 0.17）和接近反相条件的表面反射相位（ΔΦ ≈ ?177°），并同时保持适当的阻抗匹配与电磁衰减。相比之下，L–M–H中间层的引入虽然使电磁参数过渡更加平缓，却将原本集中的电磁对比分配至两个内部界面，使不同反射分量经历不同的传播距离、衰减过程和相位积累，从而改变完整结构的表面反射状态。纯CNT对照体系同样呈现出双层优于三层的吸收趋势，进一步表明这一现象与层间结构及界面拓扑密切相关。
图2 （a–b）层状气凝胶的相位图；（c–d）层状气凝胶界面间的反射系数；（e–f）层状气凝胶的|Γ|–|ΔΦ|映射图；（g）层状气凝胶内部微波反射与相位协同作用示意图
该研究由此提出了“低界面–高梯度”（Low-Interface, High-Gradient）的吸波结构设计思路：高性能多层吸波材料并非简单追求更多界面或更连续的参数梯度，而应在保证阻抗匹配和有效衰减的基础上，协同考虑界面拓扑、局域界面反射与完整结构的表面反射相位。这一工作将梯度吸波材料的设计视角由传统的“阻抗匹配–电磁衰减”进一步拓展至界面拓扑与反射相位协调，为轻质高性能电磁波吸收材料的结构设计提供了新策略。
姜云朋和江书畅为共同第一作者，贺爱华教授和聂华荣教授为共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金（51973101、51773105）、山东省自然科学基金（ZR2020KE014）、泰山学者计划和淄博英才计划（Zbyc 2022011）的支持。好博·体育(中国)官方网站 - HAOBO SPORTS高分子科学与工程学院为论文第一完成单位。
论文信息：Reflection-Phase Coordination in Low-Interface, High-Gradient Electromagnetic Absorbers. Advanced Functional Materials, 2026, e78506.
DOI：10.1002/adfm.78506
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.78506
