化工學院黃文歡團隊在《Advanced Materials》上發(fā)表電磁波吸收材料設計及器件功能化研究成果

電磁波在給人類生活帶來極大便利的同時，電磁輻射產(chǎn)生的危害不可忽視，如電子元器件之間的電磁干擾、電磁信息泄露和電磁波對人體的輻射等。設計合成具有優(yōu)異性能的電磁波吸收材料（EWAMs）及功能化器件，對于解決日益嚴重的電磁污染具有重要的研究意義。其中，二維電磁波吸收材料是一類典型代表，如層狀雙氫氧化物(LDHs)，石墨烯及其衍生物，MXenes，g-C₃N₄和過渡金屬硫化物(TMDs)，由于其層間結(jié)構(gòu)可控，獨特的電子性質(zhì)，高比表面積，被廣泛應用于電磁波吸收。為了實現(xiàn)高的電磁波衰減和平衡的阻抗匹配，磁性元件一般在層間錨定，各種合成方法已被報道。然而，構(gòu)建具有有序多活性位點的高導電性二維碳層仍然具有挑戰(zhàn)性。并且，在合成過程中通過原位電鏡揭示其結(jié)構(gòu)演化及電磁參數(shù)至關(guān)重要，輔助性能測試及理論模擬有助于我們深層次理解電磁波能量的耗散機理。

針對上述問題，近日，陜西科技大學化學與化工學院黃文歡教授團隊與復旦大學車仁超教授合作報道了一個兩步氧化還原法構(gòu)造高性能二維電磁波吸收材料及多功能器件的組裝方法，并通過原位顯微技術(shù)揭示了材料的結(jié)構(gòu)演化機制與電磁耦合協(xié)同機制。相關(guān)工作在《Advanced Materials》期刊上以“Dual-step Redox engineering of two-dimensional CoNi-alloy embedded B, N-doped carbon layers towards tunable electromagnetic wave absorption and light-weight infrared stealth heat insulation devices”為題發(fā)表。陜西科技大學為第一通訊單位，通訊作者為陜西科技大學黃文歡教授和復旦大學車仁超教授。

本文亮點

1.設計了“兩步氧化還原”策略，利用咪唑酸鈷硼骨架(Co-BIF)為前驅(qū)體，通過改變2D-CNC-Ex（x=1、2、3和4分別表示20、40、60和80 min）的化學氧化刻蝕時間，實現(xiàn)了阻抗特性的定制調(diào)控。進一步，調(diào)節(jié)2D-CNC-Tx的（x=1、2和3分別表示600、800和1000℃）煅燒還原溫度，通過原位顯微技術(shù)深入揭示材料內(nèi)部隨溫度變化的二維復合材料的結(jié)構(gòu)演變。

2. 通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，獲得了RLmin為-60.1 dB, EAB為6.24 GHz的二維 CoNi合金嵌入B,N摻雜碳層電磁波吸收材料（2D-CNC）。進一步通過離軸電子全息技術(shù)和洛倫茲電子顯微技術(shù)表征材料中磁疇結(jié)構(gòu)及極化電荷的分布。

3. 對于電磁波的傳導及耗散機理，通過COMSOL仿真軟件模擬了不同頻率下的動態(tài)損耗過程，揭示了電磁波的阻抗特性與原位衰減過程。深入解釋了阻抗匹配和衰減能力在電磁波吸收中的作用機制。

4.為提高材料的環(huán)境適應性和穩(wěn)定性，開發(fā)了具有輕質(zhì)、耐壓、防腐、隔熱特性的紅外隱身氣凝膠組裝方法，為電磁波吸收材料及器件功能性開發(fā)設計提供了一個很好的范例。

圖文解析

化學氧化刻蝕誘導二維材料的層結(jié)構(gòu)演化及結(jié)構(gòu)表征

化學氧化刻蝕調(diào)控二維材料（2D-CNC-Ex）的電磁參數(shù)、阻抗特性及衰減能力

高溫還原誘導二維材料局域電荷分布及磁疇演化及電磁參數(shù)表征

兩步氧化還原調(diào)控2D-CNC-Tx的阻抗特性及電磁波衰減能力

2D-CNC-Tx的CST模擬及COMSOL模擬（視頻見論文SI）

器件功能化：輕質(zhì)、耐壓、防腐、隔熱、紅外隱身

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202403322

新聞小貼士：

黃文歡，主要從事多氮唑雜化框架的設計合成，能源存貯及轉(zhuǎn)化、電磁波吸收屏蔽、固態(tài)電池關(guān)鍵材料的應用研究。近五年，以第一/通訊作者發(fā)表論文61篇，包括Angew. Chem, Int. Ed.（2篇）、Adv. Mater.（2篇）、Adv. Funct. Mater.（1篇）、Adv. Sci.（1篇）等，ESI高被引論文10篇，總引用2966次（6篇論文超100次引用）；入選“2023年度全球前2%頂尖科學家榜單”；入選陜西省特支計劃-青年拔尖人才、陜西省“科學家+工程師”創(chuàng)新團隊首席科學家、陜西省科技新星、陜西省科協(xié)青年人才托舉計劃4項省級人才；獲得陜西省高?？茖W技術(shù)獎一等獎（第1完成人）等各類獎項6項；受邀請在國內(nèi)外學術(shù)會議上做報告20余次。主持國家自然科學基金2項、省部及其他科研項目13項，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)29項，企業(yè)技術(shù)開發(fā)及成果轉(zhuǎn)化項目5項等。組織學生參加“挑戰(zhàn)杯”課外學術(shù)科技競賽獲得省級二等獎2項、三等獎1項，獲得陜西省第六屆研究生創(chuàng)新成果展省級一等獎1項，省級創(chuàng)新基金1項；培養(yǎng)研究生獲得“優(yōu)秀畢業(yè)生”、“優(yōu)秀碩士畢業(yè)論文”、“國家獎學金”、“研究生高水平科研成果獎勵”等。

（核稿：黃文歡 編輯：劉倩）