電磁波吸收材料和裝置在消除通信系統(tǒng)基站、天線裝置、個人終端電磁干擾和泄漏，提升特種裝備隱身性能等方面發(fā)揮著重要作用，寬頻帶、強吸收、輕質高效吸波材料一直業(yè)界追求目標，對吸波材料進行有效合理的多層級結構設計是重要方向。
最近，西北工業(yè)大學孔杰教授課題組在《Chemistry of Materials》上發(fā)表了題為“Hollow Porous Bowl-like Nitrogen-Doped Cobalt/Carbon Nanocomposites with Enhanced Electromagnetic Wave Absorption”的論文，設計了一類具有獨特空心碗狀結構的氮摻雜鈷/碳多孔納米復合材料（圖1），碗狀多孔腔體可以調節(jié)匹配復合結構與空氣間的阻抗特性，多組分界面極化可協(xié)同提升電磁波多重反射和吸收，空心內腔的存在可降低密度，為新型輕質、寬帶、強吸收電磁波吸收材料設計制備提供了新視角和重要參考。
圖1 空心碗狀的氮摻雜鈷/碳多孔納米復合材料（HBN-Co/C）設計及制備示意圖
通過碗狀聚苯乙烯磺化（HBSPS），2-甲基咪唑鈷鹽ZIF-67金屬有機框架結構負載生長及在惰性氣氛中高溫熱解，制備系列空心碗狀的氮摻雜鈷/碳多孔納米復合材料（HBN-Co/C）。HBN-Co/C獨特的多級多孔結構一是有利于電磁波在碗狀結構的凹面產(chǎn)生多次反射/散射，增強耗散效果；二是通過精控制空心結構間距、比表面積和氮摻雜鈷/碳雜原子多種功能界面，導致電磁波與材料界面的多重極化，提升入射電磁波吸收效果（圖2）。當厚度為1.9 mm時，最低反射系數(shù)為-42.3 dB（13.3 GHz）；當厚度為1.7 mm時，-10 dB以下的有效吸收帶寬可達5.1 GHz。相比本體材料，吸波性能大幅提升，密度大幅降低，可為輕質高效吸波材料多層級結構設計提供新的視角。
圖2 空心碗狀的氮摻雜鈷/碳多孔納米復合材料電磁波吸收性能及凹面反射/散射/耗散示意圖
以上工作以“Hollow Porous Bowl-like Nitrogen-Doped Cobalt/Carbon Nanocomposites with Enhanced Electromagnetic Wave Absorption”為題發(fā)表在Chem. Mater.（2021, 33, 1789-1798）上，梁瑾博士為論文第一作者，孔杰教授為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金項目、陜西省三秦學者創(chuàng)新團隊計劃等支持。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c04734
