近日，我校2022级硕士研究生刘畅以第一作者身份在学术期刊《Additive Manufacturing》上发表题名为“Vat photopolymerization 3D printing SiBCN ceramic metamaterials with strong electromagnetic wave absorption”的学术论文。
该研究工作从模拟预测出发，以聚合物前驱体为原料，采用数字光固化3D打印技术制备了集结构和功能于一体的SiBCN聚合物衍生陶瓷材料。所研究材料的电磁波吸收性能受其宏观结构和微观结构的综合影响。
图1 不同结构的电场分布和功率损耗密度。
(a)方形结构; (b)Gyroid单元结构; (c)正六边形蜂窝; (d)斜体蜂窝。
研究采用了三周期极小曲面结构中的Gyroid结构，该结构密度低且孔洞高度连通，能够增加电磁波在宏观结构中的多次反射损耗，同时产生表面特性（阶梯效应）结构界面极化，从而改善微波吸收特性。在文章中，作者还利用CST仿真技术，集中体现Gyroid结构对电磁波可能产生的多重反射效应。除此之外，通过控制热解温度来调节聚合物衍生陶瓷的析出相，β-SiC、石墨碳和涡轮碳层在聚合物衍生的DLP-SiBCN陶瓷材料中结晶。成功制备了具有优异EMW吸收性能的DLP-SiBCN组分，并对材料中电磁损耗的机理进行了系统的研究。研究结果表明：在1200 ℃热解的Gyroid结构样品中析出的晶相富集非均相界面极化；此外，形成的（半）导电网络，增加了电导率损失。1200 ℃热解样品的有效吸收带宽（EAB, RL<-10 dB）为3.09 GHz（厚度为2.21 mm），最小反射损耗（RLmin）为-70.6 dB（厚度为2.31 mm）。
本研究由国家自然科学基金，山东省自然科学基金，山东省高校青年创新团队计划项目以及武汉科技大学高温电磁材料与结构教育部重点实验室的资助。山东理工大学材料科学与工程学院为第一署名单位，我校冯玉润老师与意大利帕多瓦大学Paolo Colombo教授为论文的共同通讯作者。
