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近日，山东理工大学Yurun Feng带领的团队在《Additive Manufacturing》发表了题为Vat photopolymerization 3D printing SiBCN ceramic metamaterials with strong electromagnetic wave absorption的研究，
以陶瓷前驱体聚合物为原料，采用光聚合技术，得到了集结构与功能于一体的SiBCN聚合物衍生陶瓷超材料。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860424002859
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研究内容
近年来，随着5G通信和军用隐身技术的发展，对电磁波（EMW）吸波材料有更高要求，聚合物衍生陶瓷（PDC）、PDC-SiBCN陶瓷也受到重点关注。但增材制造(AM)与PDC-SiBCN相结合制备吸波超材料的报道却很少。
本研究采用数字光处理（DLP）技术制备低密度螺旋三重周期极小表面（TPMS）结构，制备了四组性能优异的SiBCN陶瓷，发挥结构与材料的协同效应。并研究了陶瓷的相组成、宏观结构、石墨化程度及电磁损耗能力。
△图1，DLP-SiBCN陶瓷超材料制造工艺示意图。
△图2，三种不同结构的CST仿真数据和试验数据。（a）斜蜂窝；(b)六角蜂窝；(c)陀螺仪。
△图3，DLP-SiBCN陶瓷的X射线衍射谱。
△图4，(a-b)3D打印陶瓷前驱体热解前后的结构；(c-f)陶瓷表面的扫描电子显微镜；(g-j)陶瓷横截面的扫描电子显微镜。(K)样本G2的EDS数据。
△图5，a-d，样品G2的透射电子显微镜图像(在1200◦C下热解)。
△图6，（a）前驱体和3D可打印混合物的热重分析曲线；（b）样品G2的力学性能测试。
△图7，DLP-SiBCN陶瓷在不同温度下热解的XPS光谱和拟合曲线。(B)硅；(C)B；(D)C；(E)N；(F)O。
△图8，不同温度下热解的DLP-SiBCN陶瓷的拉曼光谱。(A)全谱；(B)G1；(C)G2；(D)G3；(E)G4。
△图9，不同热解温度下DLP-SiBCN陶瓷的介电常数。(A)ε‘；(B)ε’‘，Inset用于样品G4；(C)tanδ，Inset用于样品G4；(D)科尔-科尔曲线，Inset用于样品G4；(E)衰减常数。
△图10，(A)ε‘’c，(B)ε‘’p，(C)ω‘’c和(D)ω‘’p值。
△图11，样品G1-4在不同温度下的厚度为1-5 mm的|Zin/Z0|值曲线图：(A)G1、(B)G2、(C)G3、(D)G4。
△图12，在不同温度下热解的样品G1-4的阻抗匹配度增量：(A)G1、(B)G2、(C)G3和(D)G4。
△图13，样品G1-4在不同温度下的热解图表。反射损失3D图：(A)G1、(B)G2、(C)G3、(D)G4；反射损失3D投影图：(E)G1、(F)G2、(G)G3、(H)G4。
△图14，不同结构的电场分布和功率损耗密度。(A)方形结构；(B)回转单元结构；(C)六角蜂窝；(D)斜蜂窝。
△图15，陀螺-DLP-SiBCN组件的EMW吸收机理示意图。
△图16，样品G2与文献报道的其他材料吸波性能的比较。
研究结论
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利用 DLP 打印出螺旋状 TPMS 结构，以在宏观层面上改善材料中电磁波的反射，并增加材料与电磁波之间的接触。
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根据热解温度的不同，β-SiC、石墨碳和涡轮层状碳在聚合物衍生的 DLP-SiBCN 陶瓷材料中结晶。
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成功制备了具有优异电磁波吸收性能的 DLP-SiBCN 元件，并系统地研究了材料中电磁波损耗的机理。
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这种结构材料在具有挑战性的环境中实现结构功能集成方面显示出巨大的发展潜力。
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