近日，中北大学苏晓岗/刘亚青及其合作者的最新研究成果“Controllable atomic migration in microstructures and defects for electromagnetic wave absorption enhancement”在国际权威期刊《Advanced Functional Materials》上在线发表。该成果以中北大学为第一单位和通讯单位，苏晓岗副教授为第一作者和通讯联系人，空军工程大学许河秀教授、西北工业大学吴宏景教授为共同通讯作者。该课题得到国家自然科学基金项目(62171459)、国防杰出青年基金(2022-JCJQ-ZQ-006)、山西省自然科学基金项目(20210302124048)、中北大学高层次人才研究启动项目、山西省1331工程高分子功能新材料重点创新团队的支持。
研究内容介绍
缺陷和微观结构已被证明可有效用于电磁波吸收，以解决电磁污染和隐身问题。然而，精确地调控它们仍然具有挑战性。该研究利用杂原子硫掺杂碳纳米纤维/空心硫化钴杂化气凝胶（CSC气凝胶），提出了一种缺陷和中空微观结构优先反应调控电磁波吸收性能的策略。
首先，2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物选择氧化的细菌纤维素与钴离子的物理交联得到稳定的水凝胶，其次经过定向冷冻和高温处理后得到CSC气凝胶前驱体，钴纳米颗粒附着在碳纳米纤维气凝胶网络，最后采用硫蒸汽辅助硫化得到CSC气凝胶。硫化过程不仅可以将杂原子硫掺杂在碳晶格中诱导点缺陷，而且利用柯肯德尔效应使得实心钴纳米颗粒转变成中空硫化钴。
更重要的是，由于缺陷和中空结构形成所需动热力学差异，低浓度的硫蒸汽会优先于中空结构形成，而高浓度的硫蒸汽才会引起缺陷，进而调控界面极化、阻抗匹配和导电损耗。最终，所制备气凝胶的最大反射损耗为−52.82 dB，有效吸收带宽为8.82 GHz，远远超过目前报道的大多数材料。综合采用微波加热、特斯拉感应设备、第一性原理和远场RCS模拟等实验和理论方法，验证了电磁波的吸收效果和机理。此外，其出色的红外隐身和自清洁能力使其在复杂环境中具有广阔应用前景。
论文原文：
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