目前先进组合探测技术和多波段雷达发展对吸波材料提出了许多挑战，尤其集中于低厚度和低负载下的宽频高效吸波需求。现有部分策略可以实现轻质宽频高效吸收的迫切需求，例如设计独特的结构和调节损耗介质组成；向基质中添加额外的介电/磁性损耗单元；探索新的多孔、核壳、分层或拓扑调谐结构。其中手性吸波材料由于特殊的电磁交叉极化和谐振效应，可以在不添加额外磁损耗介质条件下使得电磁参数产生明显的磁响应，从而优化了阻抗匹配和衰减能力，这有助于宽频吸波材料的轻量化设计和服役稳定。尽管手性吸波材料备受关注，但许多研究仅集中在简单的材料制备和性能表征上，仍存在一些关键问题亟需解决，尤其是在性能调制和吸波机理方面。大多数可用构建策略几乎无法精确控制手性/螺旋形态包括螺旋参数等。此外，手性/螺旋结构与电磁特性之间的制约和协同关系仍然模糊，缺乏对于手性结构尺度与形态和吸波特性之间解释，这导致很难通过实验设计来明确螺旋结构对吸波性能的影响。因此，为了促进手性宽频吸波材料的发展，需要克服更多的挑战。
西南交通大学材料科学与工程学院孟凡彬“电磁功能材料”团队近年来致力于手性吸波材料设计和电磁特性研究，并深入研究了该类宽频吸波材料的防腐隐身一体化功能(Small, 2023, 10.1002/smll.202300233；ACS Appl Nano Mater, 2022, 5, 9780；Chem Eng J, 2022, 427, 131582；Compos Sci Technol, 2021, 204, 108630；Nano Res, 2018, 11, 3329；ACS Appl Mater Inter, 2017, 9, 15711)。通过系统调节吸波材料的手性/螺旋结构参数和手性基元尺度，揭示了手性参数差异导致的材料电磁响应特性演变规律，阐明了结构引发的多峰吸收谐振效应和宽频吸波机制。此外，研究团队还探索了手性吸波材料的高性能隐身涂层应用策略。在前期研究基础上，孟凡彬团队提出了导电聚合物基 (聚苯胺、聚吡咯)多尺度手性杂化吸波材料的可控调制策略，通过优化反应体系中的条件参数 (单体/手性基元比，酸度及剪切力等)可以实现对多级手性结构的精准调控，同时阐明了聚合物分子自组装过程中手性中心的“转移-放大-生长”机制。研究发现，这一手性杂化纤维表现出明显的同轴多层次核壳结构，表面的次级手性聚苯胺纳米阵列在电磁波作用下产生了明显的谐振效应，进一步增强了手性螺旋结构的电磁交叉极化和散射能力。从而在电磁参数层面上在15 GHz附近表现出强共振峰，由此诱导了独立于四分之一波长匹配之外的谐振损耗峰的出现，拓宽了有效吸波带宽，证明了手性吸波材料强极化、低频率敏感性的电磁响应特点。此材料在填料比仅为6 wt%和3.6 mm厚度前提下，在8.9 GHz处表现出-51.3 dB的强吸收特点，其有效吸收带宽达到8.6 GHz (从7.4到16 GHz，覆盖率几乎全部的X和Ku波段)，这一性能超越大部分纯介电型导电聚合物基吸波材料。在此基础上，研究者进一步结合电磁仿真技术，阐明了多级螺旋结构在交变电磁场下的电磁特性演变规律，为结构性吸波材料设计研究提供了新思路。图1 多尺度手性杂化纤维的微观形貌以及制备流程示意图图4 杂化纤维阻抗匹配、衰减常数、吸波机理示意图及其与其它手性/聚合物基材料吸波性能对比图本工作以“Electromagnetic Response of Multistage-Helical Nano-Micro Conducting Polymer Structures and their Enhanced Attenuation Mechanism of Multiscale-Chiral Synergistic Effect”为题发表于Small (https://doi.org/10.1002/smll.202300233)。第一作者为西南交通大学材料科学与工程学院2022级博士研究生李天博士，通讯作者为西南交通大学材料科学与工程学院孟凡彬研究员。本研究工作得到了国家自然科学基金项目 (No. 51903213和No. 5217130130190)、四川省科技计划项目 (No. 2023NSFSC1952和No. 2022ZYD0028)、中央引导地方科技发展专项基金 (No. 2021Szvup124)和中央高校基础研究经费 (No. 2682021GF004)及相关国防项目的资助与支持。- 提出了基于原位聚合法的多尺度手性超宽频吸波材料制备及手性结构调控方法。
- 建立了多尺度手性结构电磁响应模型并揭示了多级手性结构协同增强的电磁损耗机理。
- 结合实验设计和电磁仿真角度，阐述多级手性结构与电磁波耦合的构效关系和演变规律。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/smll.202300233
作者介绍：
李天，西南交通大学材料学院2022级博士研究生，主要从事先进宽频吸波材料的研究，累计发表SCI一区论文10余篇，以第一/共同第一作者在Small，Chem. Eng. J.，Green Chem.，Nano Res.等期刊发表论文7篇。孟凡彬，西南交通大学材料学院特聘研究员，无机非金属系主任兼党支部书记，四川省杰出青年基金获得者，西南交通大学“雏鹰学者”“科技新星”。主要从事先进电磁防护材料设计、制备及应用和相关电磁学机理方面的研究；以第一/通讯作者在Adv. Sci.，Small，Chem. Eng. J.，Green Chem.等期刊发表SCI论文53篇（引用4100余次，H指数34）；主持国家自然科学基金、军委科技委、装备发展部等纵横向项目20余项。
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