轻质、高强度和具有耐高温及阻燃性能的复合材料在航空航天、军事和交通运输等领域具有极高应用需求。例如，当卫星的重量减少1kg时，火箭和推进剂可减少500 kg，对于减少能源消耗、节约成本具有重要意义。然而，轻质材料内部往往具有较高的空隙含量，与优良的机械性能之间存在本质冲突，常规手段难以实现。受自然界中甲虫鞘翅质轻且坚固的集成结构特征启发，该课题组基于三维纺织一体成型技术制备了高空隙含量的芳纶三维立体中空结构复合材料。
图一、轻质仿生纺织结构复合材料示意图
由于特殊的芯层空间结构（空气含量约为86.2%），该三维织物复合材料兼具轻质（体积密度低至0.197 g/cm3）和抗压性能（可承载自重16000倍的压力）。此外，燃烧测试发现该复合材料试样阻燃性优异，且经300s火焰烧蚀后，力学性能仍保持在92%以上。
图二、轻质仿生纺织结构复合材料的抗压特性
课题组在此基础上，还设计并制备了超轻质三维高增益微带天线(3DWS-MA-T)。与传统贴片式微带天线相比，该3DWS-MA-T具有轻质、抗分层的特点，在工作频率（2.4 GHz）具有良好的阻抗匹配(S11值< 20 dB)，且实现了高超的电磁性能(增益值 > 5 dB)，并且在极端环境（-196 ~ 200 ℃）下具优异的结构稳定性和电磁学稳定性。相关工作以《用于高增益微带天线的超轻三维机织间隔Kevlar/聚酰亚胺多功能复合材料》(Ultra-light-weight Kevlar/polyimide 3D woven spacer multifunctional composites for high gain microstrip antenna, DOI：10.1016/j.compositesb.2021.109485)为题，发表于复合材料领域杂志《Advanced Composites and Hybrid Material》上(即时影响因子8.774)，第一作者是纺织学院博士生张昆，通讯作者是纺织学院许福军教授。
图三、三维纺织结构高增益微带天线结构示意图
以上研究工作得到了中央高校基本科研基金和东华大学研究生创新基金(CUSF-DH-D-2021017)、国家自然科学基金(No. 51903043)、上海市自然科学基金(No. 20ZR1402200)、中央高校基本科研业务费专项资金(2232021G- 01) 的资助。
