雷达隐身技术对于下一代空中优势至关重要，它需要将外形隐身与材料隐身技术相结合，以最小化雷达截面积（RCS）。雷达吸波材料（RAMs）能够将入射电磁波以热能形式耗散，对于克服外形隐身带来的气动性能折衷至关重要。传统RAMs的性能主要受限于其厚度和填料形貌。二维材料的出现，凭借其独特的层状结构、可调的电子性质、低密度和高比表面积，为材料隐身带来了革命性的机遇。这些特性为提升吸波性能提供了更多可调控的路径。本综述聚焦于二维材料在RAMs中的最新进展，重点介绍了吸收增强与调制方法。首先概述了电磁波损耗机制以及二维材料的作用。随后，讨论了多种增强策略，包括多孔结构、异质界面、印刷超材料和可调谐超表面的设计与制备。最后，综述总结了现有挑战，并对二维材料赋能RAMs的未来发展进行了展望。
本论文系统综述了二维材料在雷达吸波材料（RAMs）领域的最新研究进展，重点围绕电磁波吸收机制、多种增强结构设计策略及其性能优化展开。
**1 引言**
论文首先指出，为实现下一代空中优势，雷达隐身技术已成为现代国家安全体系的关键组成部分。最先进的隐身战斗机严格融合了外形隐身与材料隐身技术，以在先进雷达探测下降低雷达截面积（RCS）。外形隐身为军事装备奠定了低可探测性框架，但不可避免地会显著牺牲其气动性能。材料隐身方法则能赋予其强大的以吸收为主的电磁屏蔽性能以克服这一瓶颈。因此，如何提升雷达吸波材料（RAMs）的竞争力已成为一个至关重要的问题。RAMs是指能够吸收并衰减大部分入射电磁波，并将其能量转化为热能耗散的材料。传统RAMs的核心性能（如工作频率和带宽）通常取决于其基体材料厚度和内部填料形貌。在此背景下，二维材料的出现为材料隐身途径带来了革命性机遇。这些材料以其独特的层状结构、可调的电子性质和显著的量子限域效应而闻名。特别是在定制化RAMs方面，与其他如铁氧体、炭黑、纤维和微粉等填料相比，二维材料还具有极低的密度、更大的比表面积，并支持构建多样化的导电网络和异质界面。因此，二维材料为提高传统RAMs的吸波性能提供了更多可控路径。本综述聚焦于二维材料赋能RAMs的近期研究，涵盖吸收增强与调制方法。首先简要介绍了典型的电磁波损耗机制，并强调了二维材料在吸收体系中的主要贡献。随后，展示并讨论了利用二维材料实现的多种吸收增强策略，包括多孔形态、异质界面、印刷超材料和可调谐超表面的结构设计与制备。最后，总结了挑战，并对二维材料赋能RAMs的未来发展提出了展望。
**2 二维材料的波吸收机制**
传统的RAMs吸收机制主要依赖于两个基本特性：衰减损耗和阻抗匹配。基体材料的介电常数和厚度决定了前向和后向传播波的相位差，这对于破坏性干涉的发生至关重要。此外，引入二维材料填料是调控RAMs整体电磁性能的有效策略。
**2.1 衰减损耗**
当雷达波照射到任何材料时，会通过介电损耗和磁损耗等各种物理机制造成电磁能量转换，从而减少雷达波的反射。材料对交变电磁场的基本宏观电磁响应由复相对介电常数（εr = ε′ + iε″）和复相对磁导率（μr = μ′ + iμ″）表示。衰减系数α用于表示材料单位厚度的衰减能力。其中，介电常数的实部ε′（磁导率实部μ′）用于衡量在电场（磁场）作用下产生的极化（磁化）程度。而介电常数的虚部ε″（磁导率虚部μ″）则表示由外加电场（磁场）引起的材料电（磁）偶极矩重新排列所导致的损耗。此外，其损耗正切tan δ可用于评估衰减损耗强度的大小。大多数二维材料主要通过介电损耗实现吸收，因此磁导率可以忽略不计。介电损耗主要由电导损耗和极化损耗组成，其中极化损耗可进一步分为偶极极化和界面极化。德拜理论可用于描述介电材料内部的极化弛豫过程。通过在复平面上绘制Cole-Cole半圆曲线，可以进一步可视化介电弛豫现象，并量化电导损耗ε″c和极化损耗ε″p的贡献。
**2.2 阻抗匹配**
阻抗匹配的概念用于评估自由空间中电磁波的波阻抗Z0与材料界面处的介电波阻抗（等效输入特性阻抗）Zin之间的差异。反射损耗（RL）是评估RAMs最关键的指标。因此，为了获得较小的反射损耗，必须使Zin和Z0两个值相似，以实现阻抗匹配条件。此外，有效吸收带宽（EAB）同样是评估频率依赖的Zin能否在宽频范围内接近Z0的重要指标。除非另有说明，EAB通常表示RL低于-10 dB时的频率带宽。
**2.3 破坏性干涉**
破坏性干涉是从波动光学角度出发，利用结构设计在两个或多个界面处实现反射波相消的技术。当RAM厚度为特定波长的奇数倍四分之一时，RAM的反射损耗最小化。这是因为破坏性干涉发生在材料内部，照射在材料上的电磁波与金属基底反射的电磁波相互抵消，导致电磁波显著衰减。
**2.4 二维材料的吸收贡献**
二维材料在RAMs中的电磁功能从根本上由其固有的电子能带结构和量子限域效应决定。二维材料的电子能带结构谱系广泛，从零带隙半金属（石墨烯）、窄带隙导体（MXenes），到中等带隙半导体（过渡金属二硫属化合物（TMDCs）、黑磷（BP））和宽带隙绝缘体（六方氮化硼（h-BN））。带隙从根本上决定了材料的电导率和损耗机制。对于石墨烯，其零带隙特性和线性狄拉克锥色散使其在宽频范围内能够发生连续的带间和带内跃迁，对电导损耗和极化损耗都有贡献。对于半导体性TMDCs（如MoS2，带隙≈1.2–1.8 eV），其能带结构决定了电子跃迁能有效耗散电磁能量的频率范围。BP是一种层状半导体，其直接带隙随厚度变化（从体材料的≈0.3 eV到单层的≈2.0 eV），由于其起皱的蜂窝结构而表现出强烈的面内各向异性。这种各向异性导致其电导率和极化响应具有方向依赖性，为极化敏感的RAM设计提供了额外的自由度。此外，BP的带隙可以通过应变或电场进行有效调控，从而实现红外到太赫兹波段可调的介电性能。这些固有电子性质通过材料的复电导率宏观表现出来，其电导率和相应的介电常数是二维材料高度多样且精确可控的特性，可通过层数、堆叠方式和外部刺激按需设计。相较于德鲁德模型，更推荐使用德鲁德-史密斯模型来描述RAMs中使用的二维材料填料的频率依赖电导率。该模型中的无量纲参数b代表电子的背散射概率，用于描述二维材料表面内的电子行为。因此，德鲁德-史密斯模型更适用于描述具有更多表面缺陷和杂质的情况。这些模型描述的电导率通过基本电磁关系直接决定了材料的复介电常数。因此，电导率的实部将决定介电常数的虚部，进而影响二维材料的介电损耗。毫无疑问，RAMs的阻抗匹配取决于基体材料和导电填料的组合。它们是由大多数基体材料和少量合适的导电二维材料组成的精细定制材料。在更高频率下，除了简单的电导耗散外，还会出现额外的损耗机制。二维材料在太赫兹（THz）和红外频率下支持表面等离激元或局域表面等离子体共振，能够实现亚波长场约束和增强吸收。石墨烯等离激元可以通过费米能级调控高度调谐，其共振频率可通过静电栅控发生偏移。在MXenes中，高载流子浓度支持红外波段的等离激元模式，而表面等离子体的激发可以通过纳米结构设计和取向控制来实现。这些损耗机制的实际应用需要精确控制二维材料的组装。根据二维材料平面电子波函数的基本集合扩展，少层二维材料的总电导可以视为单层电导的总和。随着堆叠层数的进一步增加，二维材料的弛豫时间τ趋于稳定，堆叠形态可能影响电子散射。通过对矢量网络分析仪或太赫兹时域光谱系统的表征结果进行拟合，可以初步量化二维材料的载流子浓度。更重要的是，有效的外部刺激（如化学掺杂或电子注入）可以主动操控二维材料的载流子浓度。这是利用二维材料将RAMs从被动转变为主动的重要条件，且不影响其他特性。然而，在电导率优化方面存在一个基本的权衡。从理论角度看，石墨烯和MXene族等高导电二维材料可以在较低的填充率下在基体材料中形成有效的导电网络，从而减少对基体材料固有机械性能的负面影响。然而，二维材料电导率的提高显著提升了其复介电常数的实部和虚部，导致严重的阻抗失配，进而触发电磁波的强反射。这种高反射特性实际上会削弱其吸波性能，这与RAMs的设计目标相矛盾。MoS2作为TMDCs家族的代表，具有混合的2H半导体相和1T金属相，电导率较低但损耗角正切较大。因此，利用二维材料设计RAMs的普遍科学原理是将其精确调控至适当的电导率以实现阻抗匹配。而EAB的初步扩展在于进一步增加内部极化损耗，关键在于如何提高弛豫时间。通过引入具有不同弛豫时间的多种极化机制，可以实现多个损耗峰的叠加，从而将它们合并成一个宽而连续的吸收带宽。实现这种精确的电导率调控需要原子级别的合成控制。二维材料电子性质的显著可调性源于其对合成和后处理条件的敏感性，这为RAM性能优化提供了多种调节手段。例如，原子尺度的缺陷工程可以从根本上改变RAMs的电子结构和极化行为。异原子的替位掺杂同时修饰了能带结构和局部电荷分布。二维材料的层数通过量子限域效应直接影响电子性质。对于MXenes，刻蚀方法和后续处理的选择决定了表面终止化学（-F、-OH、=O），这从根本上改变了电子结构。表1对不同二维材料的吸收贡献进行了比较分析总结。
**3 吸收增强结构设计与制备**
数据可得的军用雷达的工作频段主要包括高频（HF，3-30 MHz）、甚高频（VHF，30-300 MHz）、超高频（UHF，300-1000 MHz）、L波段（1-2 GHz）、S波段（2-4 GHz）、C波段（4-8 GHz）、X波段（8-12 GHz）、Ku波段（12-18 GHz）、K波段（18-27 GHz）、Ka波段（27-40 GHz）和毫米波（mm，40-300 GHz），涵盖了从米波到毫米波的探测。美国出口管理条例将反射损耗低于-15 dB、吸收频率在200 MHz至3 THz之间的结构材料和涂层归类为RAMs。事实上，典型的磁性吸收剂（如羰基铁和六角铁氧体）在较低频段更有效，目前是主流的吸波填料。但磁性粒子在40 GHz以上的频率效果甚微，磁损耗（自然共振损耗、畴壁共振损耗和涡流损耗）在RAMs中逐渐不再占据主导地位。因此，为了实现全频段隐身的战略目标，除了广泛研究S/C/X厘米波频段的电磁波介电损耗吸收外，在相对高频的毫米波和太赫兹频段取得技术突破也迫在眉睫。太赫兹波具有更短的波长和更高的探测分辨率，需要更精细的吸波结构设计，这正是二维材料可以充分发挥优势的领域。此外，独立的二维材料组装体具有50%（RL = -3 dB）的本征吸收极限，因此与基体材料协调是形成RAMs以实现吸收增强的必要条件。在理解了上述吸收机理后，可以使用简单而有效的共混法制备RAMs。例如，研究人员通过精确调控MoS2填料的相位，优化了RAMs。他们通过控制外加磁场强度（0至9 T），通过水热合成产生了不同2H/1T混合相比例的MoS2。虽然2H相MoS2的电导率特别低，但1T/2H混合相具有优异的介电调谐潜力。最终，制备的含50 wt% 1T相的RAMs表现出-45.5 dB的最小RL和约3.89 GHz的EAB，这得益于丰富的2H/1T缺陷和界面促进了偶极极化和电导损耗。因此，对二维材料本身进行定制可以实现吸收增强，但下文介绍的材料结构集成设计和制造策略被认为更为有效。
**3.1 多孔形态**
多孔泡沫代表了RAMs从平面涂层向三维结构的范式转变，同时保持了二维材料的互连性。具有内部多孔形态的RAMs通过提高阻抗匹配以实现更大的波穿透，然后将波困在内部，通过反复的内部反射将其耗散。此外，巨大的比表面积提供了丰富的相互作用界面，增强了多次散射和界面极化（也称为空间电荷极化或麦克斯韦-瓦格纳极化）。因此，多孔RAMs能够在更轻的条件下实现比传统涂层更好的吸波性能，主要归因于其自由的内部设计空间。例如，研究人员报道了一种通过将共聚物聚丙烯酸乳液（PAL）与Ti3C2Tx水分散体混合合成的MXene水性涂料（MWP）。高粘度和粘附力使其能够附着在各种基材上。即使在具有翘曲部分的曲面或不规则的网格轮廓上，30 wt%的MWP也能稳定粘附。虽然测量到的超高电导率（308.2 S m⁻¹）可以支持电荷转移和强电磁干扰屏蔽，但只有当基底更换为泡沫时，反映吸波性能的RL才能提高到32.8 dB。因此，其优势在于二维材料填料可以分布在多孔基体材料巨大的内部表面积上，利用其不同尺寸的孔隙和空腔诱导共振效应，从而需要更少的填充率就能满足阻抗匹配的要求。在太赫兹波段，研究人员首次报道了一种基于多孔石墨烯泡沫（GF）的高效RAMs。由于表面反射弱而内部吸收强的特性，在0.1-1.2 THz频率范围内可以实现优异的太赫兹吸收性能。通过精确控制GF的固有特性，可以获得-19 dB的RL。随后，研究人员提出了多壁碳纳米管（MWCNT）/多壁GF（MGF）复合材料，平均RL分别为-23和-30 dB。通常，在微波频段实现吸收共振所需的空心孔尺寸较大，这对定制多孔形态的制备策略提出了更高要求。例如，有研究人员证明了利用二维材料与螺旋碳纳米管（HCNTs）之间的范德华相互作用可以使多孔结构更规则，从而实现了27.08 dB m²的最大雷达截面缩减值。还有研究团队通过牺牲模板法成功制备了具有设计多孔/多层结构的柔性(Fe3O4/PI)-Ti3C2Tx-(Fe3O4/PI)复合薄膜。使用聚酰亚胺（PI）作为基体，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微球作为模板，该方法可以精确控制Ti3C2Tx空心微球的孔隙尺寸（10、15、20 μm直径）和分布。得益于这种独特结构，该复合薄膜在空心微球孔隙尺寸为10 μm、PMMA与Ti3C2Tx质量比为2:1时，表现出-23.5 dB的优异RL。此外，有限元仿真证实了该薄膜在衰减电磁波能量方面的卓越能力。
**3.2 异质界面**
孔隙率的增加赋予了RAMs轻质和在低填充率下的阻抗匹配特性，但同时也导致材料机械强度下降。此外，孔隙的随机性和填料的团聚导致性能重复性差。相比之下，异质界面设计代表了一种纳米尺度工程方法，可以在不显著增加重量或改变宏观结构的情况下，引入更丰富、更高效的极化和损耗机制。其背后的物理原理根植于麦克斯韦-瓦格纳效应：在导电率或介电常数不同的材料界面处，自由电荷在交变电磁场下积累，产生局部电场，通过极化弛豫耗散能量。这种界面极化，也称为空间电荷极化，当界面尺寸接近纳米级时，电荷捕获和内建电场效应占主导地位，可以显著增强。二维材料可以通过多种方法与其他元素或材料形成异质界面，从而修改其原始介电性能、引入磁响应或增强结构稳健性。例如，研究人员提出了一种构建具有多个莫特-肖特基异质结的介孔材料的合成方法。值得注意的是，制造的多界面系统不仅保留了各组分的基本优势，还通过优化电荷转移和积累过程增强了介电损耗特性。密度泛函理论计算显示，在入射波作用下，异质结处的极化行为显著改善。在界面处诱导产生了大量电子积累和强烈的内建电场，形成了捕获载流子并增强能量耗散的势垒。通过可控的介孔褶皱策略，精心设计的异质界面在1.7 mm厚度下实现了-72.13 dB的优异最小RL和5.68 GHz的最大EAB。超越简单的二元异质结，多组分核壳结构为阻抗匹配提供了额外的自由度。研究人员通过一步溶剂热法制备了一系列具有分层花状核壳结构的NiSe2-CoSe2@C@MoSe2复合材料。通过硒化反应形成了丰富的异质界面。多组分之间介电性能的差异导致电荷分布不均匀，促进了界面极化并优化了阻抗匹配。当MoSe2与NiSe2-CoSe2@C的质量比为2:3时，RAM表现出-50.1 dB的突出最小RL和4.8 GHz的EAB。关键的是，作者证明了较小的界面尺寸与更大的界面极化损耗贡献相关，这一原理指导了异质界面工程的微型化。从随机组装到精确设计的微结构，自卷曲策略能够控制异质界面的取向，以增强极化效率。研究人员提出了一种具有丰富Ti3C2Tx/MoS2异质界面的自卷曲棒状微结构。与传统的随机分散纳米片相比，设计的自卷曲棒中的界面极化效应显著增强，根据德拜理论，其起到主要作用（高于80%）。因此，这种组装的RAM的EAB覆盖整个X波段（8.2-12.4 GHz），密度仅为0.009 g cm⁻³，厚度为3.3 mm。这个例子说明了几何约束和结构有序性可以放大异质界面的固有极化效应。异质界面工程的一个新兴前沿涉及引入稀土元素和高熵策略，以进一步增强极化多样性和环境稳定性。稀土元素，如镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）和铒（Er），在外部电磁场下具有独特的电子跃迁和局域电子态。当电磁场方向改变时，局域电子会发生重排，导致极化弛豫并增加介电损耗。例如，研究人员开发了一种基于轻、重稀土元素掺杂的Mo-MXene的RAM。通过引入La和Er等多种稀土离子协同优化MXene组分的介电常数和磁导率，有效改善了RAMs的阻抗匹配和耗散能力。最终，在匹配厚度为2.87 mm时实现了-55.59 dB的RL值。进一步推动组合复杂度的概念，高熵合金（HEA）掺杂策略在界面精度和环境稳定性方面提供了革命性的改进。高熵合金内部显著的晶格畸变与表面效应相互作用，减轻了应力差异并促进有序排列，从而在保持二维材料电导率的同时减少了电子局域化。研究人员提出了一种策略，利用绝缘二维高熵氧化物（HEO）纳米片原位生长锚定的HEA纳米颗粒，在其周围构建丰富的熵增强异质界面。界面区域通过原子尺度上成分诱导的局域波动转变为高熵状态，增加了能量态的可达简并度。这种效应促进了结构弛豫，同时减少了应力积累，最终通过缓解边缘处的应力差异增强了热力学和机械稳定性。此外，利用离轴磁全息技术在锚定的HEA纳米颗粒中观察到纳米尺度的有序涡旋畴，证明了弱磁响应的存在。所制备的高熵系统表现出优于其他主导电磁材料的优越EAB（耗散强度超过50%）和更薄的涂层厚度（2 mm）。除了利用高熵策略大幅提高绝缘二维材料固有的低电导率外，在保留金属二维材料高电导率的同时，还可以实现性能定制和优化。例如，研究人员首次合成了两种单层到少层的高熵MXenes，(Mo0.25Cr0.25Ti0.25V0.25)3C2Tx和(Mo0.2Cr0.2Nb0.2Ti0.2V0.2)4C3Tx。与MAX相前驱体相比，高熵MXene纳米片由于产生的多重电偶极子和鸡尾酒效应，在相同负载水平下可以获得显著增强的电磁波吸收性能。总之，异质界面工程提供了一个多功能平台，通过与多孔结构互补的机制来增强RAM性能。虽然多孔形态主要依赖于物理波陷获和多次反射，但异质界面则利用纳米级结点处的电荷积累和极化弛豫来实现优越的损耗强度。本文所介绍的实例展示了一个清晰的进展：从简单的二元异质结到多组分核壳结构，从随机组装到几何受限结构，以及从传统组分到高熵系统。该领域的未来发展可能将集中在异质界面分布的精确空间控制、高熵系统的可扩展合成方法，以及与其他策略的集成以实现协同性能增益。然而，必须仔细管理制备的复杂性和成本，特别是考虑到RAMs通常需要大面积制造。
**3.3 印刷超材料**
上述RAMs的制造工艺通常是无序或短程有序的，因此依赖于整体结构容纳不同尺寸孔隙或界面的能力。由于存在大量具有不同几何形状的内部微谐振单元，这种策略更容易实现宽带吸收。然而，这些主要基于组分调控的策略难以在特定频率实现目标带阻，除非在厚度上做出补偿调整。相比之下，将人工亚波长有序单元的超材料概念引入RAMs，特别是通过将二维材料复合材料与印刷超材料相结合，代表了向更可控结构设计的重大创新。这种结合不仅利用了超材料的设计灵活性，还利用了二维材料独特的电磁性能，能够在微观结构层面精确调谐吸波性能。基于超材料的RAMs基于顶部谐振结构进行定制化设计，并与自由空间进行阻抗匹配以抵抗表面反射，使波能够更有效地进入并耗散。由于周期阵列对波的有效调制，包括高度可控的表面等离激元和局域表面等离子体共振的激发，可以在单个四分之一波长谐振周期和全反射基底内实现阻抗匹配。这种亚波长厚度是一个显著优势，特别是在波长更短的毫米波和太赫兹波段，设计的RAMs厚度可以小于0.5 mm。值得一提的是，使用预制模板的压印法可以直接塑造RAMs的表面结构，具有低成本和大面积优势。例如，研究人员展示了具有成型金字塔结构的还原氧化石墨烯（rGO）气凝胶可以被设计成一种优异的RAM，其特点是从4.7 GHz到4 THz具有超宽带吸收，反射损耗小于-20 dB。梯度宏观结构和多孔微观结构共同构成了在这种跨越约三个数量级的大频率范围内实现连续阻抗匹配的基础。一次成型冻干方法可以显著减少小尺寸打印单元拼接引起的不平整和损伤。此外，新兴的3D打印技术在RAMs的加工中受到关注，主要包括熔融沉积建模（FDM）、选择性激光烧结（SLS）、喷墨打印（IP）、立体光刻装置（SLA）和数字光处理（DLP）技术。专门为超材料打印设计的预聚物与二维材料油墨兼容，使得超材料的结构阻抗可以通过制备的油墨浓度轻松改变。通过逐层喷涂或打印，可以快速制造预定的复杂结构，如梯度和蜂窝结构，极大地扩展了RAMs的设计自由度和吸收带宽。例如，研究人员制备了一系列石墨烯复合超材料，以制造超宽带RAM。选择了九个具有不同特征阻抗Zi和衰减常数α的梯度单元格来构建多重结构。然后，设计了由选定单元格不同层组成的六个多重结构，其Zi从底部到顶部逐渐增加。最终，具有梯度阻抗指数的No.5（4.0 mm厚度）和No.6（4.8 mm）实现了覆盖超宽带C、X、Ku、K、Ka频段的吸收性能。还有研究团队首先利用溶剂热反应合成了还原氧化石墨烯@Fe3O4和还原氧化石墨烯@Fe3O4@MoS2复合填料，适用于DLP与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）类光固化树脂的结合。通过矢量网络分析仪和弓形法，制备并测试了各种超材料吸收结构和同轴环。印刷的梯度超材料结构具有13.4 GHz的EAB，表现出多尺度协同损耗。另一项研究采用DLP技术开发了具有多孔结构的MXene/聚丙烯酰胺（PAM）水凝胶。通过精确调节MXene纳米片的分散性和界面相互作用，实现了材料电磁参数的可控设计。结果表明，该RAM在1.95 mm厚度下具有7.36 GHz EAB，在2.4 mm厚度下具有-38.20 dB的RL，并表现出优异的机械和雷达截面（RCS）缩减性能。然而，为了实现更短波长的共振吸收，设计的结构单元需要更小，这对3D打印技术的x-y和层分辨率提出了高要求。基于双光子聚合的投影微立体光刻（PµSL）技术，有望在加工精度方面取得突破，使得二维材料复合RAMs能够应用于需要更小几何单元的太赫兹波段。此外，二维材料与印刷蜡基或陶瓷基材料的结合有助于此类RAMs的高温耐受应用。
**3.4 可调谐超表面**
虽然二维材料复合印刷超材料能够通过3D单元阵列实现更高效的电磁功能定制，但其特征吸波性能在印刷后趋于固定。二维材料被封装在印刷的块体内部，难以与外部平面电路接触，导致其介电可调性未被开发。作为超材料从三维材料到二维平面结构的范式转变，超表面理论上更适合与平板工艺兼容。二维材料可以功能性地转移到超表面的表面平台，而不仅仅是作为内部组件参与RAMs的设计。基于此，可以展示并利用其在外部刺激下的动态可调性来调制电磁响应。二维材料复合超表面的另一个优势是，它可以替代变容二极管等集总元件，并与其他传感器等组件集成在隐身蒙皮中。当依赖于固定频率或宽带响应的RAM设计无法应对频率捷变的雷达探测时，具有快速电子驱动能力的高性能实时动态蒙皮是未来隐身战斗机系统集成的关键要求。例如，研究人员提出了一种用于宽带近完美太赫兹吸收的全石墨烯RAM。材料制造工艺结合了多种可重复技术，包括3D打印、旋涂、磁控溅射、电镀、化学气相沉积和刻蚀步骤。尽管连续石墨烯表面存在制造缺陷，但该材料仍表现出远超平面石墨烯的高太赫兹吸收性能。这为后续可调谐超表面的设计提供了重要参考价值，特别是考虑到其表面的连续导电网络可以连接到可调节的供电电压。还有团队推动了简单的激光诱导石墨烯（LIG）策略，以实现大规模RAM制造。利用等效电路模型解释了超表面单元之间的电磁耦合。该RAM表现出比其他加工方法更好的柔性，并在2-18 GHz内具有-39.7 dB的RL和12.1 GHz的EAB。另外，研究人员提出了一种柔性石英织物@石墨烯超表面（G@SFM），以满足现代高速飞机RAM对轻质、柔性和极端热通量的要求。石墨烯通过低压化学气相沉积直接生长在石英织物上，具有1600°C的理论软化点、50-2800 Ω sq⁻¹的可调面电阻和106 g m⁻²的低密度。柔性织物结构可以实现-42 dB的最小RL和12 GHz的EAB。更重要的是，该超表面展示了与现有飞机结构集成的能力。直接构建的夹层式吸波结构（包含15 mm厚的绝缘层和金属承重层）避免了对原始结构的额外修改。可调谐超表面的兴起实际上源于研究人员在完美吸收器结构上的工作。他们将一种电环谐振器型频率选择表面与底部金属耦合，实现了无填料RAMs。随后，研究人员发现完美吸收器结构中的金属可以替换为具有可调电导率的二维材料，从而实现宏观吸波性能的调制。例如，石墨烯的费米能级Ef决定了其内部可移动电子的能量和浓度。它与外部调控电压Vg具有以下关系。通过施加外部偏压或栅极电压Vg，可以调节石墨烯的Ef和正相关的电导率，从而实现RAMs吸波性能的动态变化。研究人员利用离子液体栅电极在0-2 V电压下调制了石墨烯的电导率。实验主要证明了在定制吸收结构中最大吸收的关键相变，为后续基于可调谐超表面的RAMs设计提供了指导。还有团队设计并实验制造了基于图案化石墨烯的静电调制RAMs。他们使用0-0.4 eV的费米能级范围，实现了1.54-2.23 THz的EAB范围，调制电压高达60 V。然而，测量的相对调谐范围相对较小，仅为12-14%。近年来，商业大面积单层石墨烯已在市场上流通，为研究人员实现可调谐超表面设计提供了充足条件。用高反射性的氧化铟锡（ITO）薄膜替代金属地之后，这类RAMs具有光学透明性和柔性，适用于飞机舷窗和太阳能电池板的电磁隐身。例如，研究人员设计了一种超薄三层堆叠结构，包括图案化石墨烯层作为顶层、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基板作为第二层和ITO地作为底层。值得注意的是，两个图案化石墨烯之间有一层50 μm厚的浸泡了离子液体电解质的隔膜纸，以便通过电驱动改变石墨烯电导率。这些由完全透明柔性组件堆叠而成的RAMs的特点是支持弯曲和电谐振吸收的电调谐。受此启发，研究人员进一步制备了多功能石墨烯超表面，用于动态切换三种吸收模式：双频带、单频带和宽带。此外，该超表面仍表现出良好的透明度（在800 nm处光透射率为60.5%），因此可以清晰地显示其下方的绿色植物。超越石墨烯的电调谐，像二氧化钒（VO2）这样的相变材料为动态调制超表面吸收提供了另一种途径。VO2在68°C附近经历可逆的绝缘体到金属转变，伴随着复介电常数的剧烈变化。这一特性已被用于实现红外波段的温度可切换和双波段伪装器件。虽然大多数基于VO2的可调谐超表面在红外波段而非微波或太赫兹波段运行，但其基本原理有望将二维材料基RAMs的功能扩展到多光谱隐身应用。尽管理论上二维材料的费米能级和载流子浓度可以显著提高，但上述实验在谐振吸收峰的频率偏移方面令人遗憾。研究人员敏锐地指出，由于界面电荷积累的屏蔽效应，同时实现强吸收和可调性是一个重大挑战，并提出了具有分层MoS2/聚离子液体结构的RAM来克服这一瓶颈。为应对太赫兹大气窗口的探测威胁，作者采用模板辅助自组装策略，构建了具有独特类电容吸收结构的RAMs。大面积、连续的MoS2组装体紧密贴合在聚离子液体微阵列上，能够有效抑制金属基底上的大部分表面反射。利用聚离子液体中自由阴离子在静电势下的定向迁移，在MoS2界面处诱导了高达100.4%的显著过量载流子积累，从而动态调制了吸波性能。该太赫兹RAM表现出-275 dB mm⁻¹的超高比衰减、21.4%的频率敏捷性和153.1度的相位切换能力，为开发高效、动态可调的RAMs提供了新的加工策略和技术途径。此外，研究人员设计了一种基于PVDF-MoS2压电薄膜的抗疲劳机械可调谐超表面，用于高调制的太赫兹吸收。尽管MoS2在该工作中回到了传统填料形式，但RAM通过PVDF的压电效应在宏观吸波性能上表现出动态可调特性。高MoS2掺杂浓度和机械刺激频率的双重协同调节机制，实现了吸收峰的宽带操控。这种非接触式机械调谐策略有效避免了疲劳损伤，提高了器件的耐用性。近年来，二维材料超表面的发展正在克服先前被认为复杂的多步骤加工和动态调制技术的困难。鉴于此，作者仍然相信它是实现可调甚至可编程RAM的理想选择。在突破大规模生产的限制后，这一技术路线距离真正实现智能隐身蒙皮可能已不远。
**3.5 吸收增强策略的比较分析**
上述四种策略为增强二维材料赋能RAMs的吸波性能提供了不同的途径。表2从控制物理机制、关键材料要求、典型频段、制造复杂度和可扩展性五个维度进行了系统比较。在优先考虑轻质结构和具有中等性能的宽带吸收，且应用可以容忍随机内部结构的场景下，多孔形态是一个有利的选择，特别适合大面积涂层和基于泡沫的结构型RAMs。对于需要高吸收强度（特别是最小反射损耗低于-50 dB）以及多机制协同的应用，推荐使用异质界面工程，尤其是在可以接受更高合成复杂度的情况下。这种方法在微波吸收中特别有效，并通过高熵设计提供了增强的环境稳定性。当需要精确的频率选择性、亚波长厚度和结构定制化时，印刷超材料成为最佳策略，在尺寸精度至关重要的毫米波和太赫兹波段表现出色，并且是实现超宽带覆盖的梯度指数结构的理想平台。在需要动态控制（无论是通过电学还是机械方式）吸收以适应自适应隐身或多功能智能蒙皮的情况下，可调谐超表面代表了实现主动和可编程RAMs最有前景的途径，尽管目前在制造复杂度和可扩展性方面存在挑战。总之，这些策略的选择涉及性能指标、制造复杂度和可扩展性之间的内在权衡：多孔结构提供简单性和宽带响应；异质界面提供优越的损耗强度；印刷超材料实现精确的频率工程；可调谐超表面提供动态功能。新兴趋势，包括高熵异质界面和三维印刷梯度超材料，表明结合多种策略的混合方法最终可能产生最通用和高性能的RAMs。
**4 概述与展望**
在可预见的未来，二维材料赋能RAMs的发展将朝着电磁结构与功能一体化、低成本大规模生产工艺开发以及综合性能提升的方向推进。此外，二维材料赋能RAMs的先进研究需要打破电子学、微波与光子学、材料科学与工程之间的学科壁垒。作者为RAMs的可持续研究提供了以下三条前瞻性的发展轨迹。
**4.1 大规模制备**
不均匀的二维材料填料、无序的内部微观结构以及波动的工艺参数都会对RAMs的最终输出产生显著影响。通过实验室精确合成获得的高性能RAMs通常涉及高成本和复杂工艺，难以直接扩大生产。可操作的研究挑战如下：建立定量的合成-结构-性质关系：二维材料复合材料的电磁响应对批次间薄片尺寸、缺陷密度、表面终止（特别是MXenes）和分散均匀性的变化高度敏感。一个关键挑战是开发能够产出定义明确、可重复材料规格（平均横向尺寸、缺陷密度和表面化学）的合成方案，这些规格能够可靠地与复介电常数相关联。将仿真驱动设计与可扩展加工相结合：结合有限元仿真来辅助材料选择和结构设计，而不是使用试错方法，有望克服RAMs重复性的限制。然而，仿真通常假设理想的填料分布。一个关键的研究方向是将真实微结构的统计描述（例如填料取向分布、团聚效应）纳入电磁模型，从而实现能够容忍制造缺陷的稳健设计。人工智能辅助配方优化：通过建立可行材料数据库并利用人工智能算法，可以反向工程出具有目标电磁参数的最佳材料配方和微观结构，并预测其可加工性。未来的工作应专注于闭合人工智能预测与实验验证之间的循环，创建迭代工作流程，其中机器学习模型通过来自可扩展数字制造（如卷对卷和飞秒激光写入加工）的高质量实验数据不断优化。
**4.2 长期可靠性**
RAMs通常被期望能够可靠运行数十年甚至更长时间。材料性能的短期退化会导致军用装备的RCS显著增加，从而丧失隐身能力。具有丰富官能团的MXene和GO被认为在湿热环境中容易氧化，导致其电导率急剧下降。C─C键在高温下比Mo─S键更容易失效。对于需要在极端条件下长期可靠性的应用，h-BN因其卓越的抗氧化性和热稳定性而成为一个引人注目的解决方案。与易在湿热环境中降解的MXene和氧化石墨烯不同，h-BN在空气中稳定至约900°C。近期工作探索了h-BN作为对空气敏感的二维材料（如黑磷和MXene）的保护性封装材料，在不牺牲电磁性能的情况下显著延长了其工作寿命。此外，h-BN的高热导率能够从吸收热点有效散热，降低热降解风险。因此，将h-BN作为基体材料或界面层是增强二维材料基RAMs环境耐久性的有前景策略，特别适用于高速飞行器和其他经受极端热和氧化条件的平台。可操作的研究挑战如下：量化耦合环境应力源下的降解机制：虽然已研究了温度、湿度和腐蚀的单独影响，但实际使用条件涉及组合应力源（例如盐雾下的热循环）。一个关键的研究重点是开发能够复制现场条件并产生预测寿命模型的加速老化方案。对于MXene，迫切需要系统研究表面终止与不同温度和湿度条件下的氧化动力学之间的关系。材料选择和保护策略：对于更具挑战性的环境，选择坚固的树脂或陶瓷基材料作为基体以保护二维材料填料至关重要。然而，添加保护性基体通常会损害电磁性能。未来的工作应侧重于工程化分层复合材料，其中保护层在空间上进行梯度设计，而不牺牲整体厚度约束。例如，将用于抗氧化性的致密陶瓷外层与用于吸收的富含二维材料的内层相结合。用于可靠性评估的多尺度表征：建议同时采用远场系统（弓形法、自由空间法）和近场系统（近场自由空间、扫描探针显微镜）来测量RAMs，以全面揭示波吸收和损耗特性。通过远场系统表征全局吸收特性，通过近场系统量化局部电磁响应，对于全面理解损耗机制同样重要。展望未来，原位表征（在环境老化过程中监测电磁性能）对于建立降解机制至关重要。此外，测试环境应更接近真实工作条件，考虑大气衰减、腐蚀、温度和湿度的影响。
**4.3 多功能集成**
添加二维材料有望从根本上改变RAMs的应用范式。这些具有单一隐身导向功能的复合设备正朝着协调结构、环境和智能能力的集成系统演进。未来的发展有望超越传统界限，使RAMs成为结合波吸收与机械承载、热管理、环境抵抗甚至传感与通信功能的多功能平台。然而，由于内在的权衡，目前的示范很少能同时优化多种功能。可操作的研究挑战如下：结构-隐身一体化：允许主要飞机部件本征提供宽带吸收，需要解决机械性能（需要高填料负载以保证强度）和电磁性能（需要优化填料负载以实现阻抗匹配）之间的冲突。一个有前景的方向是开发具有空间变化性能的结构复合材料，例如，使用3D打印创建梯度界面，其中承重核心过渡到隐身优化表皮。研究应侧重于量化这些梯度结构在机械负载下的界面粘附和失效机制。热-隐身一体化：低红外发射率材料可以同时抑制雷达和红外特征。然而，吸收雷达波的材料（高介电损耗）通常表现出高热发射率。一个关键的科学挑战是理解和设计二维材料复合材料的光谱选择性，使其在雷达频率下具有高吸收，同时在红外波段保持低发射率。这可以通过多层设计实现，其中顶层控制热辐射，而底层提供雷达吸收。具有主动感知能力的智能隐身蒙皮：嵌入分布式传感器可以实现结构健康监测和环境威胁检测的实时监测，将RAMs从被动隐藏转变为主动感知和适应。一个关键的材料挑战在于集成传感元件而不损害吸收性能。由于传感器通常需要导电路径，而RAMs需要受控的电导率来实现阻抗匹配，因此空间分辨的选择性区域功能化（例如，在吸收区域旁边印刷导电传感器迹线）提供了一条前进道路。此外，开发自感知复合材料，其中二维材料网络本身既作为吸收体又作为应变/温度传感器，将消除对独立传感元件的需求。这一轨迹代表了材料科学、微电子学和人工智能的深度融合，预示着RAMs将成为下一代先进平台综合性能核心使能器的时代。
**5 结论**
总之，本综述提供了二维材料赋能RAMs领域最新且最关键进展的精选概述。我们对二维材料最基本的波吸收机制进行了深入评述，并通过比较突出了其优缺点。此外，详细阐述了不同的结构设计和制造策略，特别是材料与结构之间的耦合。最后，指出了面临的困难和挑战，并深入分析了二维材料赋能RAMs的潜在发展趋势，以指导未来的研究与开发。
