对智能隐身系统的迫切需求要求我们从静态吸收器转向具有自主可逆调控能力的动态设备。为解决固定结构-频率关系的挑战，西安交通大学孟凡彬教授& Tian Li团队直接从头足类动物皮肤的适应性变色中汲取灵感，后者通过重构皮下光子结构实现动态隐身。遵循这一原理，本文通过4D打印策略设计了一种可编程电磁开关，该开关促使羰基铁混合的R6M基质进行定向排列。这一设计基于热对流温度梯度诱导液晶弹性体的亚稳态构型，从而实现对吸收器形态的精确控制。宏观上的拓扑重构与渗流网络的微观变化共同促成了电磁特性的显著可逆调制。因此，谐振频率能够在X和Ku波段内精确转换，最小反射损耗从-30.22 dB增强至-61.4 dB，有效带宽从8.52 GHz拓宽至11.37 GHz。值得注意的是，该系统表现出超过100次循环的优异稳定性，构建了稳健的电磁开关。本工作建立了热激励、亚稳几何结构与电磁行为之间的确定性映射，实现了精确且可预测的调谐。这一范式为下一代电磁防护提供了灵感，并明显具备集成至自适应隐身系统中的潜力。

图1：4D打印动态电磁波吸收器的仿生设计与工作机制

(a) 源自头足类皮肤伪装纹理结构的仿生概念及其相应的电磁波捕获与吸收机制。(b) 4D打印过程示意图，包括剪切诱导的LCE介晶基元与FCIP的定向排列，以及热触发的结构驱动。(c) 本研究的逻辑流程图，展示设计输入、结构演化与电磁响应之间的关系。(d) 复合材料在平坦态和驱动后拱起态（角度为x°）下的结构单元设计。(e) 平坦态和拱起态在C波段、X波段和Ku波段的模拟反射损耗（RL）谱。

图2：材料合成、4D打印过程与表征

(a) LCE预聚物的化学结构及合成路线。(b) 具有剪切诱导取向的DIW过程示意图。(c) Pure和CIP20的DSC曲线。(d) 从插图中WAXS图案在2θ = 20°处积分得到的方位角强度分布图，以及Pure和CIP20对应的有序参数(S)。(e) Pure和CIP20的XRD图谱。(f) 不同温度下Pure的粘度随剪切速率的变化曲线。(g) 复合材料的SEM图像。(h) 打印的Pure样品的POM图像。(i) 打印过程及打印结构的光学照片。

图3：热响应变形与4D打印复合材料的动态微波吸收性能

(a) CIP20的DMA曲线。(b) 不同打印路径下可编程变形的光学照片。(c) 从平坦态到拱起态的宏观变形过程示意图。(d) 在加热至TNI过程中打印复合材料的原位POM图像。(e) 驱动前后的二维阻抗匹配等值线图以及(f) 三维反射损耗（RL）图。(g) 驱动前后Pure和CIP20在X波段和Ku波段的平均传导损耗与极化损耗计算值。(h) 驱动前后Pure、CIP10、CIP15和CIP20的ε'、ε''、µ'、µ''的变化。(i) 在匹配厚度3.2 mm下驱动前后CIP20的二维RL曲线。

图4：机械耐久性、形状记忆稳定性以及重复驱动循环中的长期电磁可靠性

(a) CIP20在40次拉伸循环中的应力-应变曲线。(b) 在90℃下100次驱动循环中样品高度的形状恢复曲线。(c) CIP20在原始态和加热态下的原位XRD图谱。(d) 100次驱动循环中ε'、ε''、µ'和µ''的三维曲面图。(e) 100次循环中微波吸收性能的演变，包括EAB、匹配频率、RL_min和匹配厚度，分为原始阶段、初始稳定阶段、动态调整阶段和平衡阶段。(f) 四个阶段的代表性三维反射损耗（RL）图。(g) 100次驱动循环中α的变化。

图5：智能吸收器的精确热与电磁调控及实际应用

(a) 复合样品在热台上连续加热过程中的红外热像图，标注了Sp1、Sp2和Sp3三点的温度。(b) 结构变形参数（包括拱高、初始高度、空腔体积和边缘切角）以及电磁参数（包括RL_min和EAB）随Sp1变化的关联图。(c) Sp1和Sp3的温度随Sp2变化的关系曲线。(d) 作为实际动态热源的笔记本电脑CPU照片。(e) CIP20在运行中CPU上的电磁辐射测试。

图6：电磁相互作用机制、RCS分析及性能比较

(a1) HFSS中的仿真模型，包括F-P、F-20和A-20。(a2) 在12 GHz下的表面电流密度分布仿真图、(a3) 电场分布仿真图以及(a4) 体损耗密度分布仿真图。(b) 在CST中仿真的三维远场RCS散射方向图。(c) F-PE、F-20和A-20的二维RCS缩减曲线随散射角(θ)变化的仿真结果。(d) 将本复合材料的EAB、RLmin和匹配厚度与其他典型磁性或铁氧基微波吸收材料进行对比的雷达图。(e) 机理示意图。

总之，本文成功开发了一种仿生4D打印的可编程TE开关。它通过集成的ESP设计策略，克服了传统静态MAMs固有的结构和性能限制。通过将FCIP加入可打印的LCE基体中，本文实现了一种能够自主变形的超材料器件，模仿了头足类皮肤的动态伪装。由热诱导的从平坦态到设计拱形空腔的形貌重构触发了一种分层级的“捕获与耗散”协同机制。在宏观层面，连续的空腔演化优化了空间阻抗匹配并增强了多重散射。在微观层面，LCE基体的体积收缩使原本分散的FCIP网络致密化，从而最大化内在能量耗散。在这种多尺度耦合驱动下，驱动后的超材料器件实现了显著的性能跃升，达到-61.4 dB的RL_min和11.37 GHz的EAB。基于这种确定性的ESP映射，该超材料器件能够自主演化至稳定的稳态，并在100次热驱动循环中展现出优异的长期可靠性。通过在真实运行系统中的电磁抑制演示，验证了这一集成自适应概念的实际可行性。处理器自身的废热直接触发了结构变形，并在运行过程中抑制了电磁泄漏。最终，这种可编程的自适应范式超越了传统的成分工程，为下一代智能隐身系统和自适应电磁防护系统提供了一个坚固、耐久且集成的材料平台。

Bioinspired 4D-Printing Microwave Absorbers With Adaptive Programmable Switches via Morphable Percolation Networks and Resonant Models