多维协同策略突破电磁波吸收材料性能瓶颈

电磁波吸收材料（MAMs）作为应对电磁污染与兼容性挑战的关键功能材料，广泛应用于通信、雷达、航空航天、电子器件及某些特殊领域。在一些重大公开展示中，隐身技术与电磁对抗能力常成为关注热点，进一步凸显了高性能吸波材料的重要性。然而，传统吸波材料如铁氧体和碳基复合材料等，普遍存在厚度大、密度高、吸收带宽有限及阻抗匹配困难等问题，难以兼顾轻量化、宽频带与强吸收的综合需求。

为克服这些局限，研究界提出了包括缺陷工程、界面极化增强、导电网络构建和异质元素掺杂等多种结构优化策略，但仍未能彻底解决“高强度吸收与轻薄宽频带难以兼得”的矛盾。其根本原因在于，单一维度的结构设计（如0D纳米颗粒、1D纤维、2D层状材料或3D多孔框架）虽在某一方面的损耗机制中表现出优势，却难以实现阻抗匹配与多种损耗机制的协同优化。

近年来，多维结构协同策略为这一难题提供了新思路。通过在同一材料体系中整合0D缺陷颗粒、1D导电纤维、2D界面片层和3D多孔网络，可实现不同损耗机制的叠加与互补，从而有望同步实现高强度、低密度与宽频吸收。然而，该策略仍面临诸多挑战，如结构演变不易控制、界面结合不均匀、微观缺陷调控困难等，导致真正具备高性能的多维复合吸波材料仍较为罕见。

最近，一项研究通过静电纺丝—水热反应—硒化处理的多步耦合方法，结合晶体结构与界面工程设计，成功制备出Ni₀.₈₅Se–Fe₇Se₈@CFs多维双金属硒化物纳米复合材料。该材料在保持良好阻抗匹配和耐腐蚀性能的同时，实现了极低的反射损耗（−52.93 dB）和超宽有效吸收带宽（7.12 GHz），打破了单一维度材料在性能上的局限，为轻量化宽频吸波材料的发展提供了新路径。

研究方法与材料制备

– 前驱体设计：首先通过静电纺丝制备碳纳米纤维基底，并在其表面负载FeNi层状双氢氧化物（LDH）。
– 结构转化：借助配体反应将二维LDH片层转变为一维剑状金属有机框架（MOF）晶体。
– 硒化处理：经水热硒化最终形成具有多维特征的Ni₀.₈₅Se–Fe₇Se₈@CFs复合结构，包括纤维基底、3D多孔“珊瑚状”骨架及表面0D纳米颗粒覆盖。

整个制备过程实现了从2D到1D，再最终到3D与0D复合的维度演变，构筑了独特的多级纳米结构。

研究亮点

1. 多维协同增强吸波性能：
– 通过整合0D纳米颗粒、1D纤维、2D片层和3D多孔结构，构建了多机制协同的吸波体系。
– 不同维度组分分别贡献于导电损耗、界面极化、多重散射与极化弛豫，协同提升整体性能。

2. 卓越的极化弛豫与吸收能力：
– 在2.2 mm厚度下，最小反射损耗为−52.93 dB；在2.0 mm厚度时，有效吸收带宽可达7.12 GHz。
– 在低厚度与轻质条件下同时实现强吸收与宽频带覆盖。

3. 良好的环境稳定性：
– 在3.5% NaCl模拟腐蚀环境中仍表现出较高腐蚀电位与电化学稳定性，显示出在苛刻条件下的应用潜力。

方法创新

1. 分级合成策略：
– 结合静电纺丝、水热生长、MOF转化与硒化处理，实现了从二维前驱体到多维复合物的可控结构演变。

2. 结构与性能关联分析：
– 通过Raman、XPS等表征手段表明，硒化处理提高了材料的石墨化程度与导电性。
– TEM/HRTEM揭示了异质界面与纳米晶格特征，电磁参数分析表明多种损耗机制协同作用大幅提升了吸波性能。

3. 机理建模：
– 建立了多机制协同的吸收模型，阐明多维结构通过延长传播路径、增强多重散射与界面极化，显著强化了极化弛豫与电磁能耗散。

总结与展望

该研究通过静电纺丝—水热—硒化的多步制备策略，成功合成出Ni₀.₈₅Se–Fe₇Se₈@CFs双金属硒化物纳米复合材料，在极低反射损耗与超宽吸收带宽方面表现突出，同时具备良好的阻抗匹配和环境稳定性。该工作不仅深入揭示了“多维协同”对极化行为和电磁波耗散的积极作用，也为电磁污染防护、航空航天隐身、高频通信兼容及柔性电子等领域的材料设计提供了新思路，推动了高性能电磁波吸收材料向实际应用迈进。

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