西工大孔杰教授《Chem. Mater.》：空心碗状多孔纳米复合结构增强电磁波吸收

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电磁波吸收材料和装置在消除通信系统基站、天线装置、个人终端电磁干扰和泄漏，提升特种装备隐身性能等方面发挥着重要作用，宽频带、强吸收、轻质高效吸波材料一直业界追求目标，对吸波材料进行有效合理的多层级结构设计是重要方向。

最近，西北工业大学孔杰教授课题组在《Chemistry of Materials》上发表了题为“Hollow Porous Bowl-like Nitrogen-Doped Cobalt/Carbon Nanocomposites with Enhanced Electromagnetic Wave Absorption”的论文，设计了一类具有独特空心碗状结构的氮掺杂钴/碳多孔纳米复合材料（图1），碗状多孔腔体可以调节匹配复合结构与空气间的阻抗特性，多组分界面极化可协同提升电磁波多重反射和吸收，空心内腔的存在可降低密度，为新型轻质、宽带、强吸收电磁波吸收材料设计制备提供了新视角和重要参考。

图1 空心碗状的氮掺杂钴/碳多孔纳米复合材料（HBN-Co/C）设计及制备示意图

通过碗状聚苯乙烯磺化（HBSPS），2-甲基咪唑钴盐ZIF-67金属有机框架结构负载生长及在惰性气氛中高温热解，制备系列空心碗状的氮掺杂钴/碳多孔纳米复合材料（HBN-Co/C）。HBN-Co/C独特的多级多孔结构一是有利于电磁波在碗状结构的凹面产生多次反射/散射，增强耗散效果；二是通过精控制空心结构间距、比表面积和氮掺杂钴/碳杂原子多种功能界面，导致电磁波与材料界面的多重极化，提升入射电磁波吸收效果（图2）。当厚度为1.9 mm时，最低反射系数为-42.3 dB（13.3 GHz）；当厚度为1.7 mm时，-10 dB以下的有效吸收带宽可达5.1 GHz。相比本体材料，吸波性能大幅提升，密度大幅降低，可为轻质高效吸波材料多层级结构设计提供新的视角。

图2 空心碗状的氮掺杂钴/碳多孔纳米复合材料电磁波吸收性能及凹面反射/散射/耗散示意图

以上工作以“Hollow Porous Bowl-like Nitrogen-Doped Cobalt/Carbon Nanocomposites with Enhanced Electromagnetic Wave Absorption”为题发表在Chem. Mater.（2021, 33, 1789-1798）上，梁瑾博士为论文第一作者，孔杰教授为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金项目、陕西省三秦学者创新团队计划等支持。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c04734

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