随着信息通讯技术产业的快速发展,电磁波已经成为通讯、感测、无线控制和计算机等技术发展的主要媒介。在此基础上,“5G”技术、“云医疗”、“智能制造”和“人工智能”等新兴技术正在逐渐成为社会快速发展的新动力。在现代信息技术带来社会进步动力的同时,电磁波已经逐渐渗透到生产生活的方方面面,不可避免造成了“电磁污染”。电磁污染不仅仅会造成对电子设备的干扰,还会对人体造成伤害、导致信息泄露和意外事故的发生。吸波材料作为解决上述问题的主要且有效手段已经被广泛的研究、应用和报道。结构型吸波材料具有结构功能一体化、质量轻和吸波效率高等优点。在结构材料中,多层阻抗设计被研究论证为一种大幅度提高电磁吸收材料的吸波性能的有效手段。本课题选用神经网络算法解决了多层阻抗渐变材料的设计过程中计算量巨大的问题,获得多层材料的阻抗结构优化设计结果;通过数字化光处理（DLP）3D打印技术突破了传统加工手段对于多层、多材料制备精度不足的限制,提供了多层阻抗渐变电磁吸收材料的设计-制备-吸波机制分析的整体方案。主要研究内容和结论如下:1.采用DLP 3D打印技术制备了不同石墨烯质量分数的石墨烯/聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）吸波材料,并探索出了吸波材料中石墨烯的最大质量分数约为2.0 wt.%。根据热重分析和压缩性能分析结果,当石墨烯的加入量为0.4 wt.%时石墨烯/PMMA复合吸波材料的耐热指数提升至188.1℃,30%压缩应变时压缩强度由41.0 MPa提升至108.8 MPa。石墨烯/PMMA吸波材料的电磁分析结果表明,以单一损耗材料石墨烯为吸波功能体的石墨烯/PMMA的吸波效果一般,且在2～18 GHz范围内阻抗匹配率Z和衰减系数α都偏低,不适合直接用作吸波材料,可以作为多层阻抗渐变吸波材料中的阻抗匹配层以优化整体阻抗匹配性能。2.为了提升石墨烯/PMMA复合吸波材料的电磁性能,具有良好磁损耗性能的羰基铁粉（CIP）微粒被加入石墨烯/PMMA中。随着CIP微粒的加入,石墨烯/CIP/PMMA吸波材料的电磁损耗性能明显提升。当CIP和石墨烯在复合材料中含量分别达47.8 wt.%和1.0 wt.%时,石墨烯/CIP/PMMA具有良好的吸波性能,在吸波层厚2.1 mm时取得最大反射损耗值（RL）为–54.4 d B,且有效电磁波吸收频宽为3.41 GHz,有效吸收频带分别出现在4.22～5.41 GHz和15.74～17.96GHz范围内。良好的电磁波吸收性能主要归功于阻抗匹配优化、界面极化和磁损耗增强等。3.采用了双层吸波复合材料设计进一步提升石墨烯/CIP/PMMA的吸波性能,将阻抗匹配率高的透波材料作为阻抗匹配层和衰减电磁波较强的损耗材料作为电磁损耗层。通过数值模拟优化了双层吸波材料,再通过3D打印技术探索双层吸波材料实测反射损耗值与理论分析结果的差异。研究结果表明,以石墨烯/锂锌铁氧体/PMMA作为阻抗匹配层,石墨烯/CIP/PMMA作为电磁损耗层时,双层吸波复合材料的吸波性能明显提升。当阻抗匹配层和电磁损耗层厚度分别为1.4 mm和2.6 mm时,双层吸波复合材料取得最大电磁波有效吸收频宽4.75 GHz（4.65～5.9 GHz,14.5～18.0 GHz）,且可以通过调节各个单层材料的层厚实现不同频率范围内电磁波的有效吸收。相比于单层材料,双层材料的良好的吸波性能得益于电磁波在其内部的多次反射和多重吸波损耗机制的协同作用。4.采用多层阻抗匹配结构设计以有效提高多层吸波材料的阻抗匹配及电磁损耗性能,获得了一种多层阻抗渐变的宽带吸波材料。为解决多层阻抗渐变吸波复合材料设计优化中计算量随吸波层数增加而呈指数级增加的问题,采用神经网络算法,通过学习多层吸波材料设计中最大有效吸收频宽出现特征,实现了5层阻抗渐变吸波复合材料的优化阻抗设计结果。数值模拟优化结果表明,当多层吸波材料的阻抗匹配率由外向内呈递减趋势排列时,吸波剂分别由锂锌铁氧体、石墨烯、羰基铁粉、石墨烯/铁氧体和石墨烯/CIP排列组成时在2～18 GHz范围有效吸收频宽可达11.52 GHz（2～2.52 GHz和7.0～18.0 GHz）。