华中科技大学综述：3D和4D打印电磁超材料应用及发展趋势

2025年6月5日，南极熊获悉，华中科技大学的研究人员在电磁超材料 (EMM) 的 3D 和 4D 打印方面的研究取得了重大进展，这对天线、成像系统、隐形斗篷和无线电力传输的行业应用具有重要意义。

△EMM光谱和与增材制造对应的制造精度，从微/纳米尺度（紫外、可见光和红外范围）到宏观尺度（太赫兹、微波和无线电范围）

相关研究以题为“3D and 4D Printing of Electromagnetic Metamaterials/电磁超材料的 3D 和 4D 打印”的论文发表在《Engineering》期刊上，由方如轩、张新如等人联合撰写。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.10.017

电磁超材料（EMM）是一种人工合成材料，经过特殊设计，能够展现自然界中不存在的电磁特性。它们独特的电磁波操控能力使其成为下一代设备的理想选择，但其复杂的内部结构使其难以用传统方法制造。

△一些常见的电磁材料包括：碳基材料、金属材料和MOF、陶瓷材料和聚合物材料。

3D打印技术能够精确制造高性能EMM所必需的复杂几何形状。熔融沉积成型 (FDM)、立体光刻 (SLA) 和选择性激光熔化 (SLM) 等技术已被用于定制EMM。FDM经济高效且材料多样，而SLA则可提供卓越的精度和表面光洁度。这些方法使工程师能够微调EMM结构，例如优化天线以获得更高的增益和更宽的带宽。

△电磁超材料（EMM）由手工定制的晶胞构成，具有丰富的功能特性。增材制造（AM）可以提高EMM的结构多样性，从而可以制备复杂（梯度结构和多材料）且智能的EMM。R 1为隐藏球体的半径，R 2为整个隐藏区域的半径

通过使用形状记忆材料，EMM现在可以根据热、光或电等刺激改变形状或功能。这一发展带来了自适应结构，非常适合航空航天和生物医学等领域，因为在这些领域，对不断变化的环境的响应至关重要。

最近的应用凸显了影响。3D 和4D 打印的 EMM 增强了天线性能，实现了抑制电磁波散射的早期隐形斗篷，通过先进的镜头提高了成像分辨率，并增加了无线电力传输系统的范围和效率。

然而，挑战依然存在。研究人员必须更好地了解不同的打印方法和工艺引起的缺陷如何影响电磁性能。此外，高速、高分辨率4D打印技术也需要进步，尤其是在多材料集成方面。

3D/4D打印与电磁加工技术的融合带来了范式转变。这种协同效应有望加速跨学科创新，塑造智能、响应迅速、高性能电磁设备的未来。