​西工大孔傑團隊：刷新該材料性能上限！裝備隱身等領域重要意義

先進的電磁吸波材料具有吸收強、有效吸收頻帶寬、輕薄、密度小的特點，在軍事隱身和減弱電子產品和無線網絡基站中的微波汙染或輻射方面有著迫切的需求。各種磁性材料，如鐵氧體、鐵基、鈷基、鎳基納米粒子和合金，以及碳纖維、碳納米管、石墨烯等碳族材料，主要以塗層、密封或複合的形式進行電磁波吸收材料的工程應用。吸波材料不僅能有效降低電磁輻射對人體的危害，也能消除電磁幹擾，使各種電子設備正常運行。

金屬-有機框架(MOFs)集成了有機-無機雜化、高孔隙率、超高比表面積和可調拓撲結構的特點。其多樣的組成和拓撲結構使其在氣體分離/存儲、催化和生物醫學等領域具有巨大的潛力。熱解後由MOF衍生出的金屬/碳複合材料已經引起了各領域的廣泛關注，研究表明它們可能具有理想的電磁波吸收或屏蔽能力。

眾所周知，除了合適的EM參數來保證阻抗匹配和電磁能量衰減，MOF衍生物的拓撲結構也可以引起電磁波多次散射和極化損耗。結合這些因素可以增強電磁波衰減。實際上，影響電磁波衰減的因素有相組成、形貌和溫度等。而以往的材料設計主要關注的是在給定的形態或相組成條件下研究特定吸收體的電磁參數。但很少考慮拓撲結構和相組成的綜合效應。

近日，西北工業大學孔傑教授（通訊作者）課題組採用具有可控拓撲結構和微相組成的普魯士藍衍生物（PBA）作為前驅體, 通過熱解工藝製備空心、實心的籠狀和盒狀等拓撲結構Fe/Co/C和Fe/Mn/C納米複合電磁波吸收劑。實心Fe/Co/C和空心Fe/Mn/C均表現出強電磁吸收和高吸收帶寬，電磁波反射損耗值最低為−54.6 dB, 其中900°C熱解製備的實心盒狀Fe/Co/C吸收劑在厚度2.5 mm時有效吸收帶寬高達8.8 GHz, 刷新了該類材料的性能上限，通過控制MOF拓撲結構來設計和調控金屬/碳雜化吸波劑對於新型電磁波吸收材料的發展及其在裝備隱身領域的應用具有重要意義。這項研究工作以「Highly efficient and broad electro magnetic wave absorbers tuned via topology-controllable metalorganic frameworks」為題發表在國際著名期刊《SCIENCE CHINA Materials》上。

（Science China Materials （簡稱SCMs，英文月刊），一區TOP期刊，創刊於2014年底，是《中國科學》系列期刊之一，由中國科學院和國家自然科學基金委員會聯合主辦，《中國科學》雜誌社出版，並與Springer出版集團合作面向海外發行，SCMs的辦刊宗旨為：報導國內外材料科學及相關領域的重要科學進展，為科學界全面提供材料科學及相關領域的科學研究動態和研究成果信息，促進國內外學術交流，對國內的材料科學研究發揮借鑑和引領作用，目前影響因子為6.098）

論文連結：

https://link.springer.com/article/10.1007/s40843-020-1333-9

圖1. 製備示意圖

圖2. Fe-Co PBAs和熱解後Fe/Co/C拓撲結構和相組成表徵

圖3 反射損耗RL圖

圖4電磁波吸收機理分析

總而言之，作者通過共沉澱法製備出拓撲結構可控的空心籠狀和實心盒狀磁性/介電的Fe/Co/C和介電Fe/Mn/C納米複合物。無論是從有效吸收帶寬EAB還是反射損耗RL的角度看，實心盒狀Fe/Co/C-900和中空Fe/Mn/C複合材料均表現出優異的電磁波吸收能力。對於Fe/Co/C-900實心盒狀結構，有效吸收帶寬為8.8 GHz，厚度2.5 mm，刷新了這類材料的新記錄。利用拓撲可控MOFs調節材料的吸波能力是吸波材料設計的重要環節，在天線外殼、雷達罩、航空發動機和隱形飛機等領域具有廣闊的應用前景。（文：one end）

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