北理工3D打印陶瓷骨架+气凝胶填料，实现500℃宽频隐身

△奇遇科技工业级陶瓷3D打印机（外观升级后）

△蜂窝夹层超结构整体构型与梯度电阻涂层布局示意图

这种结构的核心设计理念是功能解耦——让不同组分各司其职：

承重骨架：3D打印的氧化铝（Al₂O₃）蜂窝。氧化铝是典型的高温结构陶瓷，熔点超过2000℃，抗压强度高达数百兆帕。3D打印技术可以精确控制蜂窝的壁厚、孔径和排列方式，从而优化力学性能和电磁响应。

功能填料：填充在蜂窝孔内的多层二氧化硅气凝胶毡。气凝胶被誉为“固体烟”，其孔隙率高达90%以上，热导率低至0.02 W/(m·K)，是极佳的热绝缘材料。更重要的是，气凝胶的多孔结构为后续涂层提供了理想的基底。

吸波涂层：在气凝胶表面构建的梯度电阻涂层。设计了三层图案化电阻层（碳基材料），每层面电阻值不同，从外到内呈梯度变化。这种设计实现了阻抗匹配和欧姆损耗的协同效应，使得入射电磁波在多层结构中逐步衰减，最终实现宽频吸收。

保护盖板：致密的二氧化硅（SiO₂）盖板，保护内部结构免受环境侵蚀。

为什么梯度电阻设计能实现宽频吸收？这里需要理解一个核心物理机制：阻抗匹配。

电磁波在两种介质界面会发生反射，反射强度取决于两种介质的阻抗差异。如果阻抗不匹配，大部分电磁波会在表面反射，无法进入材料内部被吸收。

传统单层吸波材料通常只能在一个窄频段实现阻抗匹配，导致吸收带宽有限。而梯度电阻设计，相当于在材料内部构建了一个阻抗渐变层：

• 外层电阻较低（接近自由空间阻抗），让电磁波顺利进入
• 中间层电阻适中，开始产生欧姆损耗
• 内层电阻较高，配合底部连续电阻涂层，实现最终吸收
  
  

△结构参数的优化包括：(a) CST仿真中的电磁边界配置；(b)底板厚度‘d1’；(c)顶板厚度‘d2’；(d)填充层厚度‘h’；(e)蜂窝结构边长‘l’；(f)外电阻涂层内边缘长度‘R’；(g)内电阻涂层内边缘长度‘r’；(h)蜂窝壁厚度‘t’；(i)电阻涂层宽度‘w’。

仿真结果清晰显示：在不同频率下，电磁波的功率损耗主要集中在不同的电阻层中，这正是梯度设计实现宽频吸收的物理证据。

三、研究结果

实验结果表明，这种蜂窝夹层超结构在多项性能指标上表现优异：

电磁吸收性能：

- 在室温至500℃的宽温域内，均实现了稳定的宽带吸收
- 500℃高温下，有效吸收带宽（反射损耗 < -10 dB，即吸收率 > 90%）达到 14.18 GHz，覆盖2.32–16.5 GHz频段
- 这意味着它几乎覆盖了整个X波段（8-12 GHz）和Ku波段（12-18 GHz）的大部分区域

蜂窝夹层超结构的制备工艺

热绝缘性能：
- 在高温暴露测试中，背面温度显著低于正面温度，证明气凝胶填充的蜂窝结构有效抑制了热量传导
- 这为红外隐身提供了可能——降低目标表面温度，减少红外辐射

力学性能：
- 抗压强度达到 31.76 MPa，相当于每平方厘米可承受约320公斤压力
- 整体结构密度约为1.6 g/cm³，相对轻质
- 冲击测试显示，蜂窝结构具有有效的能量耗散能力

这种超结构的制造流程同样值得关注，它结合了多种先进制造技术：

3D打印蜂窝骨架：使用氧化铝浆料，通过光固化3D打印技术制造蜂窝结构。打印精度可达微米级，壁厚和孔径可精确调控。

气凝胶填充与梯度电阻涂层制备：先采用丝网印刷技术，印刷电阻涂层在二氧化硅气凝胶毡上，再使用激光切割，将二氧化硅气凝胶毡板材切成六边形，最后填充进蜂窝孔洞里面。

盖板封装：最后用二氧化硅盖板密封，形成完整的夹层结构。

△气凝胶垫与电阻涂层的形态特征：(a) 气凝胶垫的宏观照片；(b) 气凝胶垫的CT重建图像；(c) 气凝胶垫的SEM形貌图；(d) 电阻涂层的宏观照片；(e) 电阻涂层的CT重建图像；(f) 电阻涂层的SEM形貌图。

六、研究结论

这项工作的核心价值，不仅在于实现了创纪录的宽频吸收性能，更在于建立了一种通过层级结构集成来设计多功能承载型吸波复合材料的一般性范式。

传统设计中，吸波、隔热、承载三种功能往往相互冲突：添加吸波剂会降低力学性能，增加隔热层会增厚结构。而通过“陶瓷蜂窝骨架（承载）+ 气凝胶（隔热）+ 梯度电阻层（吸波）”的层级复合设计，三种功能被巧妙解耦，可以在同一结构中协同工作。

未来，这种设计理念可以扩展到：
- 其他陶瓷材料（如SiC、AlN）以优化高温性能
- 其他频段（如低频、毫米波）的吸波需求
- 更极端的服役环境（如热-力-电磁耦合测试）

对于高功率电子设备防护、航空航天隐身结构、舰载雷达天线罩等应用场景，这种多功能一体化结构提供了极具前景的技术路线。

论文引用信息：
Han, Y. X., Liang, H. R., Li, W. J., & Li, Y. (2026). Integrated fabrication of 3D-Printed ceramic Honeycombs with Gradient-Resistive aerogel fillers for High-Temperature broadband radar absorption. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 206, 109764. 

研发团队：团队汇聚清华大学、挪威科技大学等海内外知名院校博士，深耕陶瓷3D打印领域十余年，累计取得20余项发明专利、发表数十篇学术论文，为前沿科研探索与产业化落地提供持续技术支撑。

行业认可：已与全球300余家科研院所建立深度合作，共同推动陶瓷材料研发与成果转化。

标准制定：作为国家标准参编单位之一，深度参与《GB/T 45871-2025 增材制造 陶瓷 立体光固化用氧化铝浆料》国家标准的制定，为行业规范化发展贡献“奇遇”力量。