研究背景：

日益复杂的电磁环境，亟需具备实时自适应电磁响应能力的智能材料，以兼顾隐身、信号传输与电磁屏蔽等相互矛盾的性能需求。当前电磁防护系统存在两大核心瓶颈：一是材料特性固定，无法实现电磁波反射、吸收、透射状态的主动切换；二是三种功能机制相互制约，难以动态协同共存。如何突破反射-吸收-透射的固有矛盾，实现多模式电磁功能的自适应调控，已成为相关领域亟待解决的关键难题。

文章概述：

近日，同济大学邱军教授领导的科研团队受穿山甲鳞片自适应机械响应机制启发，设计并研制出一种可自适应实现反射-吸收-透射切换的智能电子皮肤（RATS-E-skin）。该研究将生物鳞片对机械能的自适应调控机理迁移至电磁能调控材料设计，构建了集感知、形变、功能切换于一体的太赫兹波段动态自适应系统。该电子皮肤采用可流动形变液态金属、石墨烯片与氧化铁纳米棒构筑三元复合结构，通过应变驱动微观结构重构，突破反射、吸收、透射三种电磁机制的内在不兼容性，实现太赫兹波反射（屏蔽效能32.4 dB）、吸收（反射损耗60.2 dB）、透射（最高可达76.7%）及二次反射（屏蔽效能50.8 dB）四态可逆切换。该仿生设计成果在民用与国防领域均具备应用潜力，可为可形变装备防护装甲、多功能可穿戴系统等提供全新的技术方案，对发展多模式可调谐电磁功能材料具有重要的参考与借鉴价值。

图文导读：

图1.可切换太赫兹特性的RATS-E-skin应用及仿穿山甲结构设计。a. 应变自适应主动闭环机制图。b. 0%-150%应变下相对电阻与太赫兹性能关联曲线。c. 与同类电磁调控材料反射损耗及屏蔽效能变化对比图。d. 仿穿山甲结构电子皮肤SEM图及不同拉伸状态对应鳞片形态示意图。e. 拉伸过程中Fe₂O₃纳米棒分布演变SEM图

图2.RATS-E-skin力学与多模态传感特性。a. 电导率随拉伸应变变化曲线。b. 不同拉伸应变下的RATS-E-skin实物图。c. 0%-150%应变下拉伸应力-应变曲线。

d. 150%应变下50次循环拉伸-回复曲线。e. 不同压力大小与加载速率下电阻变化。f, g. 静态与动态弯曲过程电阻响应。h. 不同应变下100 mm/min恒定速率循环拉伸电阻变化。i. 200 mm/min速率下不同应变的电阻响应曲线。j. 不同拉伸程度下压缩电阻变化。k. 固定拉伸条件下弯曲电阻响应

图3.RATS-E-skin可切换太赫兹特性。a. 不同应变下电磁屏蔽效能曲线。b. 不同应变下反射损耗曲线。c. 0%-150%应变下有效屏蔽带宽与最大屏蔽效能对比。d. 0%-150%应变下有效吸收带宽与最大反射损耗对比。e, h. 不同应变下太赫兹反射率曲线。f. 不同应变下吸收率曲线。g. 不同应变下透射率曲线。i-l. 无液态金属样品吸收与屏蔽性能对比

图4.仿穿山甲结构RATS-E-skin太赫兹四态切换机理与仿真。a. 闭环电磁适应机理图及对应SEM图像。b-e. 反射、吸收、透射、二次反射状态下的3D太赫兹散射信号。f. 不同平面波入射角下的雷达散射截面曲线。g. 隐身态相对反射、二次反射、透射态的RCS减缩曲线。h. 反射、吸收、透射、二次反射状态下的RCS辐射方向图

结论

团队提出了一种仿生穿山甲鳞片结构的电子皮肤，可在0%-150%拉伸应变下，于0.2-2.0 THz太赫兹频段实现电磁状态的动态切换。液态金属可逆流体形变使其在高应变下实现电导率再生，驱动屏蔽“开-关-开”与隐身“关-开-关”的循环切换，实现△RL 55.52 dB与△EMI SET 47.39 dB的宽幅同步调控。同时，应变电阻传感与太赫兹模式调控协同融合，构建了“指令-执行-验证”的主动闭环自适应系统，可通过外部指令触发形变，核验设备执行状态并形成闭环自适应调控，精准切换对应电磁功能。研究成果为需要实时隐身-传输-屏蔽切换的可穿戴系统提供了通用型材料平台。

论文信息：

Pholidota-Inspired Electronic Skin Possessing Terahertz-Wave Reflection–Absorption–Transmission Switchability

Shangjing Li, Jiangsong Hou, Yifeng Ruan, Jiang Du*, Jun Qiu*

Advanced Science

DOI:10.1002/advs.202518194

原文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/advs.202518194

期刊介绍：

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