形貌结构设计作为调节阻抗匹配和电磁波衰减的重要策略，成为调节电磁特性、响应机制及损耗方式的主要手段。微波吸收材料 (MAMs) 与电磁波之间的作用机制存在尺寸效应，不同层次的形貌结构设计可以实现不同的电磁响应和损耗机制。因此，基于一定尺度的MAMs的形貌结构设计对实现电磁波的高效吸收至关重要。形貌结构设计可以分为纳米、微观和宏观三个层次。纳米级形貌结构设计主要是对MAMs的纳米结构进行设计，以实现对入射电磁波共振效应的调节。微观形貌设计主要是指在MAMs表面或内部构筑独特的微观结构，以实现对入射电磁波损耗效应的调节。宏观形貌结构设计主要是指对吸波材料的表面或厚度进行设计，以实现对入射电磁波的反射、折射、散射等效应的调节。

西南交通大学孟凡彬团队基于不同尺度下的形貌结构设计调控，综述了微尺度 (纳米级) 的界面调控、小尺度 (亚微米和微米级) 聚集态调控、大尺度 (微米级) 的多层次结构设计以及宏观体系 (毫米级和厘米级) 超材料结构设计的研究重点及电磁波损耗机制，讨论了结构设计对吸波性能的关系以及增强吸波机理。形貌结构设计调控可以通过改变材料的电子结构、电磁参数和增加电磁波衰减次数来调节电磁响应和吸波性能。

作者们综述了吸波材料不同尺度的形貌结构设计、电磁响应机理和电磁损耗机制，为今后形貌结构设计策略提供指导。首先重点介绍了具备不同尺度结构设计的MAMs的吸波机理与损耗机制，包括微尺度界面调控、小尺度聚集态调控、大尺度多层次结构设计 (核壳结构、多孔结构、手性螺旋结构等) 以及宏观体系超材料结构设计。然后总结了不同结构设计的电磁波损耗损耗机制，利用电磁波理论计算模型 (聚集诱导电荷传输模型、电子跳跃模型) 和相关模拟表征技术 (有限元模拟技术、离轴电子全息技术) 来阐明结构/形貌设计与电磁波吸收间的构效关系。最后，提出形貌结构设计型功能性吸波材料的未来面临的挑战，基于界面、晶体结构、缺陷和多种特殊结构与电磁损耗机制的构效关系错综复杂，至今尚不明确，限制了对电磁波吸收性能的精准预测和调控。另外，还从材料、性能和机理方面展望了结构设计型MAMs的未来发展前景。

论文信息：

Structure–Activity Relationship in Microstructure Design for Electromagnetic Wave Absorption Applications

Jiani Du, Tian Li, Zhengkang Xu, Jingyuan Tang, Qing Qi, Fanbin Meng*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202300152