科学研究

化工学院黄文欢团队在《Advanced Materials》上发表电磁波吸收材料设计及器件功能化研究成果

2024-05-07 09:36 文、图/化工学院 点击:[]

电磁波在给人类生活带来极大便利的同时,电磁辐射产生的危害不可忽视,如电子元器件之间的电磁干扰、电磁信息泄露和电磁波对人体的辐射等。设计合成具有优异性能的电磁波吸收材料(EWAMs)及功能化器件,对于解决日益严重的电磁污染具有重要的研究意义。其中,二维电磁波吸收材料是一类典型代表,如层状双氢氧化物(LDHs),石墨烯及其衍生物,MXenes,g-C3N4和过渡金属硫化物(TMDs),由于其层间结构可控,独特的电子性质,高比表面积,被广泛应用于电磁波吸收。为了实现高的电磁波衰减和平衡的阻抗匹配,磁性元件一般在层间锚定,各种合成方法已被报道。然而,构建具有有序多活性位点的高导电性二维碳层仍然具有挑战性。并且,在合成过程中通过原位电镜揭示其结构演化及电磁参数至关重要,辅助性能测试及理论模拟有助于我们深层次理解电磁波能量的耗散机理。

针对上述问题,近日,ok138cn太阳集团化学与化工学院黄文欢教授团队与复旦大学车仁超教授合作报道了一个两步氧化还原法构造高性能二维电磁波吸收材料及多功能器件的组装方法,并通过原位显微技术揭示了材料的结构演化机制与电磁耦合协同机制。相关工作在《Advanced Materials》期刊上以“Dual-step Redox engineering of two-dimensional CoNi-alloy embedded B, N-doped carbon layers towards tunable electromagnetic wave absorption and light-weight infrared stealth heat insulation devices”为题发表。ok138cn太阳集团为第一通讯单位,通讯作者为ok138cn太阳集团黄文欢教授和复旦大学车仁超教授。

本文亮点

1.设计了“两步氧化还原”策略,利用咪唑酸钴硼骨架(Co-BIF)为前驱体,通过改变2D-CNC-Ex(x=1、2、3和4分别表示20、40、60和80 min)的化学氧化刻蚀时间,实现了阻抗特性的定制调控。进一步,调节2D-CNC-Tx的(x=1、2和3分别表示600、800和1000℃)煅烧还原温度,通过原位显微技术深入揭示材料内部随温度变化的二维复合材料的结构演变。

2. 通过结构优化,获得了RLmin为-60.1 dB, EAB为6.24 GHz的二维 CoNi合金嵌入B,N掺杂碳层电磁波吸收材料(2D-CNC)。进一步通过离轴电子全息技术和洛伦兹电子显微技术表征材料中磁畴结构及极化电荷的分布。

3. 对于电磁波的传导及耗散机理,通过COMSOL仿真软件模拟了不同频率下的动态损耗过程,揭示了电磁波的阻抗特性与原位衰减过程。深入解释了阻抗匹配和衰减能力在电磁波吸收中的作用机制。

4.为提高材料的环境适应性和稳定性,开发了具有轻质、耐压、防腐、隔热特性的红外隐身气凝胶组装方法,为电磁波吸收材料及器件功能性开发设计提供了一个很好的范例。

图文解析

化学氧化刻蚀诱导二维材料的层结构演化及结构表征

化学氧化刻蚀调控二维材料(2D-CNC-Ex)的电磁参数、阻抗特性及衰减能力

高温还原诱导二维材料局域电荷分布及磁畴演化及电磁参数表征

两步氧化还原调控2D-CNC-Tx的阻抗特性及电磁波衰减能力

2D-CNC-Tx的CST模拟及COMSOL模拟(视频见论文SI)

器件功能化:轻质、耐压、防腐、隔热、红外隐身

原文链接https://doi.org/10.1002/adma.202403322

新闻小贴士:

黄文欢,主要从事多氮唑杂化框架的设计合成,能源存贮及转化、电磁波吸收屏蔽、固态电池关键材料的应用研究。近五年,以第一/通讯作者发表论文61篇,包括Angew. Chem, Int. Ed.(2篇)、Adv. Mater.(2篇)、Adv. Funct. Mater.(1篇)、Adv. Sci.(1篇)等,ESI高被引论文10篇,总引用2966次(6篇论文超100次引用);入选“2023年度全球前2%顶尖科学家榜单”;入选陕西省特支计划-青年拔尖人才、陕西省“科学家+工程师”创新团队首席科学家、陕西省科技新星、陕西省科协青年人才托举计划4项省级人才;获得陕西省高校科学技术奖一等奖(第1完成人)等各类奖项6项;受邀请在国内外学术会议上做报告20余次。主持国家自然科学基金2项、省部及其他科研项目13项,拥有自主知识产权29项,企业技术开发及成果转化项目5项等。组织学生参加“挑战杯”课外学术科技竞赛获得省级二等奖2项、三等奖1项,获得陕西省第六届研究生创新成果展省级一等奖1项,省级创新基金1项;培养研究生获得“优秀毕业生”、“优秀硕士毕业论文”、“国家奖学金”、“研究生高水平科研成果奖励”等。

(核稿:黄文欢 编辑:刘倩)

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