电子信息时代！如何面对电磁波风暴

一、背景

随着电子信息技术的飞速发展，以电磁波为媒介的电子设备得到了广泛的应用。然而，与这种广泛使用相关的电磁污染不容忽视。因此，微波吸收(MA)材料因其能够将电磁能转化为焦耳热或其他形式的能量而受到人们的广泛关注。MA材料的耗散机制多种多样，根据其耗散机制是介电损耗还是磁损耗，可分为两大类。与磁吸波材料相比，介质吸波材料具有更高的化学稳定性和更低的密度，因此被认为是一种更好的替代材料。

介电损耗材料引起吉赫兹电磁波损耗的主要原因包括电导率、偶极极化、界面极化和缺陷激发极化。界面效应被广泛用于提高材料的介电损耗容量，从而提高电磁波（EMWs）损耗。通常，材料中形成界面的两相的介电性质和电导率的差异引起电荷的重新分布，这是界面极化的来源。为了更直观地理解界面极化现象，宜考虑功函数来解释界面上两种不同组分之间的电荷运动。由于组分的不同，载流子会自发地从功函数较低的界面相流向功函数较高的界面相，然后在功函数较高的界面相上积累。在交变电磁场中，聚集载流子经历极化和弛豫过程。通过SnO和SnO2研究了界面极化，证明了功函数的考虑可以用来表明非均匀界面比均匀界面提供更强的界面极化效应。因此，通过构造均匀界面来获得强界面极化的EMW吸波材料设计策略受到了广泛的关注。

二、文献分析

1、多级结构碳气凝胶，在 1.8 mm 处具有 99.999% 的电磁波吸收率和高效的热隐身性

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139110

鉴于复杂的实际环境和应用领域，迫切需要将各种功能集成到一种材料中。在引入纳米位点，创建多级结构协同作用的基础上，作者团队首次制备了轻质电磁波-红外隐身兼容复合材料，其中多接触部位和界面极大地限制了热传导并增强了协同极化。此外，低发射率的金纳米颗粒不仅减少了外部热辐射，而且促进了传导损耗。优化后的复合材料显示出优异的热隐身和超高的电磁波吸收 (EMA) 性能。当目标温度为120 °C时，表面与环境背景温度之间的差值小于5 °C，因此可以有效地减小红外系统到目标的检测距离。产品的最小反射损耗为-55.9 dB，厚度仅为1.8mm，并且在1-5mm内具有16 GHz的超宽有效吸收带宽。令作者惊讶的是，在远场条件下，最小雷达截面值可以达到 − 49 dB m2，该工作为合成具有出色的EMA和热隐身性能的功能材料提供了宝贵的见解。

2、基于界面和空位工程的双重优化Ti3C2TX MXene @ ZnIn2S4异质结构改善电磁吸收

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139488

作者团队制备了具有可调界面/空位结构的Ti3C2TXMXene/ZnIn2S4异质结构，并通过双重优化实现了可控的电磁特性。MXene的插层纳米界面设计是通过ZnIn2S4的超薄2D纳米片结构实现的，空位结构设计是通过调节S空位的浓度来实现的。受益于界面/空位双重优化的协同效应，对异质结构的能带结构和电子输运进行了适应，改善了界面和偶极极化效应。异质结构的有效吸收带宽达到4.8 GHz (~ 1.5mm)，最小反射损耗为-38.5 dB。结果表明，合理的界面和空位结构设计不仅可以通过调节能隙来影响导电损耗，还可以通过界面和偶极极化来改善极化损耗。此外，MXene与ZnIn2S4之间的相互作用也促进了载体的迁移，这使得异质结构表现出很强的抗菌活性。这种界面/空位双重优化方法为多功能电磁吸收材料在多功能器件领域的发展提供了有价值的方向。

3、有效吸收电磁波的有机-无机二维超晶格的界面调制

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138692

用于开发宽带电磁波 (EMW) 吸收材料的常规策略主要集中在多组分混合材料上。在这些材料中，EMW吸收的衰减是通过在异质界面处的强界面极化来实现的。但是，这些接口通常是微米级的，它们具有许多固有的缺陷。在这里，作者团队设计了一种新方法，其中使用有机-无机超晶格结构复合材料通过在分子尺度上调节V2O5层和PANI之间的异质界面来实现超极化损耗。通过利用非导电V2O5相和导电PANI相之间物理性质的巨大差异，在材料之间的异质界面处放大界面极化效应。通过优化导电相PANI层的厚度来实现导电损耗和极化损耗之间的协同作用，这有助于在2.1mm的厚度下实现6.40 GHz的有效吸收带宽 (EAB)。实验和理论研究的结果清楚地表明，超晶格结构负责独特的微波吸收特性。因此，在分子尺度上构建异质界面将成为设计未来宽带吸收材料的基础。

4、高电磁波吸收三维分层多孔氮掺杂氧化石墨烯/空心钴铁氧体复合气凝胶的构建

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.05.050

低密度、强吸收、宽频带、薄厚度的石墨烯基复合材料的开发仍然是电磁吸收领域的一大挑战。作者团队采用溶剂热法和水热法两步法合成了氮掺杂还原氧化石墨烯/空心钴铁氧体（NRGO/空心CoFe2O4)复合气凝胶。结果表明，所制备的复合气凝胶具有超低的密度和独特的三维网络结构，大量中空的CoFe2O4微球几乎均匀地分布在层状NRGO的起皱表面。此外，通过调节铁氧体的结构、空心CoFe2O4的加入量和厚度，可以获得更好的电磁吸收能力。当铁氧体加入量为15.0mg时，NRGO/空心CoFe2O4复合气凝胶的最小反射损耗为-44.7dB，最大吸收带宽为5.2GHz(12.6～17.8GHz)，并提出了电磁波衰减的可能机制。作者的研究结果将有助于RGO基三维复合材料作为轻质、薄型、高电磁波吸收体的开发。

5、用于宽带高密度超薄电磁波吸收器的多功能花状核壳型Fe/Fe4N@SiO2复合材料

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.05.045

纳米氮化铁软磁材料具有优异的磁性能，有望成为一种出色的电磁波吸收剂。然而，如何充分挖掘其吸波潜力仍是一个发人深思的问题。作者团队通过在不同温度下进行氮化反应，合成了具有不同Fe/Fe4N比的Fe/Fe4N@SiO2纳米磁性核壳材料。然后，用刻蚀法得到了花状核壳结构Fe/Fe4N@SiO2。最后，在匹配厚度为1.4mm的条件下，利用优异的磁损耗和介电损耗，获得了优异的吸收性能，最小反射损耗（RL min）为-71.31dB，最大有效吸收带宽（EABmax）为6.1GHz，小于-10dB。此外，这种材料在耐腐蚀性能方面也有卓越的进步，以适应恶劣的环境。因此，这种氮化铁花状核壳结构在恶劣条件下具有很大的微波吸收潜力。