原文出自Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊

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Wang X, Fan X, Hao H, et al. Corrugated structure SiC_f/Si₃N₄ composite with high-temperature broadband microwave absorption through the regulation of high-temperature dielectric properties. Journal of Advanced Ceramics, 2026, https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221287

文章DOI：10.26599/JAC.2026.9221287

ResearchGate：Corrugated structure SiC_f/Si₃N₄ composite with high-temperaturebroadband microwave absorption through the regulation of high-temperature dielectric properties

基金支持：

本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：52231007）支持。

一、导读

将宏观吸波结构与SiC_f/Si₃N₄复合材料相结合可有效拓宽吸波带宽，但SiC_f/Si₃N₄介电性能随温度的升高不断增加，过高的介电性能导致高温吸波性能不佳。本研究基于多尺度协同机理，通过高温介电性能调控改善了高温下的阻抗匹配，实现波纹结构SiC_f/Si₃N₄在1000℃下7.6 GHz的有效吸波带宽，且低频下（4-8 GHz）平均反射损耗小于-13 dB，表现出优异的高温宽频和低频吸波性能，为高温吸波材料发展提供新路径。

二、研究背景

随着航空航天技术的发展，发动机等飞机高温部件的隐身需求日益迫切。此外，雷达探测向低频发展的趋势导致宽频电磁波吸收成为吸波材料未来重要的发展方向之一。SiC_f/Si₃N₄复合材料具有密度小、抗氧化、介电性能可调等优点，是高温吸波材料的理想候选者。通过宏观结构设计，波纹结构SiC_f/Si₃N₄在室温下具有优异的宽频吸波性能。但是SiC的半导体特性使得材料在高温下介电性能变化剧烈，破坏了材料-结构之间的平衡，导致高温吸波性能严重衰减。在此背景下，本研究通过纤维预处理和多相基体改变材料内部的导电网络和界面数量，从而调控SiC_f/Si₃N₄的高温介电性能变化，达成材料-结构协同，实现高温下的宽频电磁波吸收。

三、文章亮点

（1）阐明了SiC_f/Si₃N₄复合材料组分-结构-电磁性能的关联性：通过纤维氧化和复相基体沉积工艺，研究复合材料微结构和组分的变化规律，以及其对室/高温电磁参数和吸波性能的影响机制，揭示SiC_f/Si₃N₄复合材料室/高温吸波机理，阐明了组分、微结构与电磁性能之间的关系，建立室/高温电磁参数调控手段。

（2）提出了波纹结构SiC_f/Si₃N₄复合材料的宽频吸波性能设计策略：通过微结构调控对SiC_f/Si₃N₄复合材料的高温电磁参数进行设计，使其在高温下与波纹结构的理想电磁参数窗口相匹配，通过材料-结构的协同作用，提高波纹结构SiC_f/Si₃N₄复合材料的高温吸波性能。

四、研究结果及结论

本研究制备了三种波纹结构SiC_f/Si₃N₄复合材料，分别是波纹结构SiC_f/Si₃N₄原始样品，经过纤维预处理的波纹结构SiC_f/Si₃N₄和经过纤维预处理加SiC基体沉积的波纹结构SiC_f/Si₃N₄。从图1可以看出，原始样品的SiC纤维表面存在厚度为5-7 nm的非晶碳层，经过预处理后，SiC纤维和BN界面之间的非晶区域消失，此外，沉积的SiC基体中含有自由碳。

图1 原始样品的（a）TEM图像、EDS映射和（b-c）HRTEM图像。经过预处理加SiC基体沉积的（d）TEM图像、EDS映射和（e-g）HRTEM图像。

图2对比了三种样品的电磁性能。经过纤维预处理和基体成分改变后，三种样品具有不同的室温介电性能，且随着温度的升高，三种样品介电性能的增长幅度也不同。原始样品具有最高的室温介电性能和最快的增长幅度，经过纤维预处理后，样品的介电性能和增长幅度最低。

图2三种样品的（a-c）介电常数实部、（d-f）介电常数虚部和（g-i）损耗角正切。

图3对比了三种样品不同温度下的RL曲线。由于介电性能的改变，三种样品表现出不同的室温和高温吸波性能。其中经过纤维预处理的波纹结构SiC_f/Si₃N₄的吸波性能随着温度的升高不断增加，1000 ℃下EAB可达7.6 GHz，表现出优异的高温宽频吸波性能。

图3 （a-c）三种样品样品不同温度下的RL曲线。（d）三种样品不同温度下的EAB。

通过电场和能量损耗密度分布图可知，在低频下，波纹结构SiC_f/Si₃N₄具有较好的阻抗匹配特性，利用干涉相消消耗电磁波能量。高频下，波纹结构SiC_f/Si₃N₄具通过多重反射和散射延长电磁波传播路径，从而吸收电磁波。

图4 波纹结构SiC_f/Si₃N₄的（a）电场和（b）能量损耗密度分布图。

五、作者及研究团队简介

范晓孟（通讯作者），西北工业大学副教授、博士生导师。先后主持重点研发计划课题、自然基金面上项目等，围绕吸波陶瓷基复合材料和零膨胀陶瓷基复合材料开展研究。担任《Journal of Advanced Ceramics》、《现代技术陶瓷》编委会委员，累计发表论文80余篇。

作者邮箱：fanxiaomeng@nwpu.edu.cn

作者及研究团队在上发表的相关代表作：

1）Li X, Fan X, Luo H, et al. The enhanced mechanical properties of SiC nanowires/Ba_0.75Sr_0.25Al₂Si₂O₈ ceramics with embedded SiO₂ interface. Journal of Advanced Ceramics, 2024, 13(7): 933-941. https://doi.org/10.26599/JAC.2024.9220907

2）Huang B, Ye F, Deng J, et al. Cross-scale structural engineering of MOF-derived Co_xNi_y@C nanorods with controllable electromagnetic response behavior for broadband electromagnetic wave absorption. Journal of Advanced Ceramics, 2026, 15(2): 9221224. https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221224

《先进陶瓷（英文）》（Journal of Advanced Ceramics）期刊简介

《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、苏州国家实验室周延春教授、广东工业大学林华泰教授和哈尔滨工业大学张幸红教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。现为月刊，2025年发文量为202篇；2025年6月发布的影响因子为16.6，连续5年位列Web of Science核心合集“材料科学，陶瓷”学科34种同类期刊第1名；2024年11月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目；2025年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学1区Top期刊。2023年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台SciOpen独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。

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