山东大学刘久荣教授Nano-Micro Letters封面:电磁波吸收新材料---非磁双金属MOFs衍生物
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通讯技术和电子技术的迅猛发展对电磁波吸收材料的性能提出了越来越高的要求。近几年来,MOFs衍生物吸波材料获得较快发展。然而,为保障吸收强度,其设计策略往往集中于构建含磁性金属的MOFs衍生物,这导致材料抗氧化性、抗腐蚀性下降和吸波性能衰减。因此,打破固有思路、发展新型高效的MOFs衍生物吸波材料将是进一步的研究重点。
Non-Magnetic Bimetallic MOF-Derived Porous Carbon-Wrapped TiO₂/ZrTiO₄ Composites for Efficient Electromagnetic Wave Absorption
Jing Qiao, Xue Zhang, Chang Liu, Longfei Lyu, Yunfei Yang, Zhou Wang, Lili Wu, Wei Liu, Fenglong Wang*, Jiurong Liu*
Nano-Micro Letters (2021)13: 75
本文亮点
1. 首次采用双金属MOFs制备非磁性衍生物,并实现了高效电磁波吸收。
2. 在确保材料基础电导损耗的前提下,通过增强界面极化特性从而实现电磁波衰减能力提升。
内容简介
山东大学刘久荣团队首先采用水热反应制备出TiZr双金属MOFs (PCN-415),再通过高温碳化的方法制备了TiO₂/ZrTiO₄/C复合的八面体材料。其中,TiO₂和ZrTiO₄纳米颗粒被无定型碳包覆并均匀分布于多孔碳基体中。该材料表现出高吸收强度、宽吸收频带以及薄匹配厚度的特征。进一步的表征分析发现,材料性能的提升来源于适宜的基础电导损耗和优良的阻抗匹配、以及丰富异质界面所增强的界面极化特性。这为设计MOFs衍生物吸波材料提供了新的思路。
图文导读
I 不同碳化程度衍生物的形貌结构表征
采用水热反应与高温碳化的方法,制备出TiO₂/ZrTiO₄/碳复合的八面体(TZC)。与Zr-MOFs (UiO-66)相比,PCN-415中TiZr金属簇取代了原本Zr离子的位置,而金属骨架保持原有的连接结构,因而呈现相似的八面体形貌。该材料具有均匀的颗粒尺寸、高的孔隙率和比表面积、以及丰富的碳/氧化物异质界面。高孔隙率有利于优化阻抗匹配,大比表面积促进电磁波的散射衰减,种类丰富的异质界面会增强极化衰减能力,这为优化材料的电磁波吸收性能提供了途径。Raman谱中600°C (TZC-6)、700°C (TZC-7)、800°C (TZC-8)和900°C (TZC-9)碳化的TZC材料的ID/IG值分别为0.93、1.06、1.18、1.25。不断增大的ID/IG值表明碳基体中的石墨微晶在不断增多,确保了材料的电导损耗基础。总体来说,首先碳基体为材料提供了必要的电导损耗基础,包括石墨晶中的传导电导和石墨晶间的跃迁电导,而电导损耗能力直接通过改变石墨化程度来进行调控。其次,TiO₂和ZrTiO₄纳米颗粒既可以抑制碳所导致的匹配失配,又能够通过增加异质界面来增强极化,对材料阻抗匹配的优化降低了匹配厚度、拓宽吸收带宽。此外,材料的多孔性、高比表面积、碳质中官能团所带来的偶极子极化等都对材料的吸波性能起到进一步的促进作用。
图4. TZC材料电磁波衰减机理示意图。
原文链接
https://doi.org/10.1007/s40820-021-00606-6
相关进展
复旦车仁超教授Nano‑Micro Lett.:轻质高效电磁波吸收剂-MOF衍生的可调控NiCo@C微球
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