隨著5G技術(shù)的發(fā)展，依靠電磁波作為信息載體的電子設(shè)備被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。然而，電磁波在促進人類社會發(fā)展的同時，也帶來了不容忽視的輻射污染。電磁波吸收材料（簡稱吸波材料）可以吸收投射到它表面的電磁波能量，并通過材料的耗散機制轉(zhuǎn)換為熱能等其他形式，從而達到有效吸收和衰減電磁波的目的。吸波材料可用作隱身材料、制作偽裝網(wǎng)，還可用于筆記本電腦、智能手機等電子設(shè)備的電磁屏蔽和人員的電磁防護等。因此，發(fā)展高性能吸波材料具有重要的科技和社會價值，已成為眾多國內(nèi)外科學(xué)家的研究熱點。

近日，西北工業(yè)大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院青年教師吳宏景副教授在電磁波吸收領(lǐng)域取得重要進展。相關(guān)研究成果以“A competitive reaction strategy toward binary metal sulfides for tailoring electromagnetic wave absorption”為題在線發(fā)表于國際知名期刊《Advanced Functional Materials》。論文第一作者為該院博士研究生劉驕龍，共同作者為該院臧渡洋教授，張利民副教授和吳宏景副教授為論文共同通訊作者

一般來說，入射的電磁波在傳播過程中遇到吸波材料時，可以分為反射波、吸收波和透射波三部分?？茖W(xué)家研究的終極目標(biāo)就是讓電磁波碰到材料之后“有去無回”，即反射波和透射波足夠小，而吸收波無限大。為了達到這一目標(biāo)，首先需要自由空間（即空氣）和材料的阻抗值盡量接近或者相等，也就是阻抗匹配。這樣大部分電磁波才能透過材料表面在其內(nèi)部進一步傳輸而非反射，即實現(xiàn)對電磁波的“關(guān)門”。為了更好的“打狗”，還需要材料具有一定的電磁損耗能力將進入其中電磁波通過一系列損耗機制轉(zhuǎn)換成熱能等其他形式的能量，從而達到衰減電磁波的目的。因此，理想的吸波材料應(yīng)手握兩大“利器”：優(yōu)異的阻抗匹配特性和強大的電磁損耗能力。除此之外，考慮到實際的工程應(yīng)用，吸波材料作為涂覆層還應(yīng)在較小的厚度下能夠?qū)Σ煌ǘ危ㄓ绕涫侵械皖l）的電磁波均做出有效的頻帶響應(yīng)，即滿足“薄、輕、寬、強”的要求。

由于單組分材料很難同時滿足良好的阻抗匹配和強的電磁衰減能力，因此通過復(fù)合策略構(gòu)筑多組分復(fù)合材料已被證明是提高材料吸波性能的有效途徑。然而傳統(tǒng)的復(fù)合策略受限于其自身的兩個缺陷：即缺乏對材料界面、組分和缺陷的精確調(diào)控，以及材料在電磁波中低頻(4-12 GHz)吸收頻帶窄。

圖1 基于競爭反應(yīng)策略下二元銅基硫化物的吸波性能對比示意圖。

基于上述問題，受溶解度理論啟發(fā)，我們創(chuàng)新性的提出了一種競爭反應(yīng)策略，在低/中頻微波范圍內(nèi)獲得了高效、寬頻的多組分吸波材料。以銅基二元金屬（Cu-M）硫化物為研究對象，研究人員發(fā)現(xiàn)由于“身體素質(zhì)”溶度積的差異，不同金屬陽離子就像一群奮力拼搏“體育健兒”在反應(yīng)體系下對于“奧運金牌”陰離子具有不同的競爭反應(yīng)能力（如圖1所示）。通過選擇性的改變金屬離子種類（Mn+= Fe3+、Co2+、Ni2+、Mn2+和Mg2+）和濃度（Cu2+: Mn+），研究人員實現(xiàn)了對材料組分、界面和缺陷的可控調(diào)節(jié)，進而達到優(yōu)化材料電磁參數(shù)和微波吸收性能的目的。這項工作突破了傳統(tǒng)組分設(shè)計的局限性，開辟了一種嶄新的方法用于制備具有寬頻帶吸收的多組分復(fù)合材料。值得注意的是，這種競爭反應(yīng)策略簡單、靈活、可控，也有望應(yīng)用到除硫化物以外的其他納米材料的設(shè)計和制備。

該項工作得到了國家自然科學(xué)基金（51872238、21806129和52074227）、中央高?？蒲袠I(yè)務(wù)（3102018zy045、3102019AX11）和陜西省基礎(chǔ)研究計劃（2020JM-118、2017JQ5116）以及西北工業(yè)大學(xué)博士論文創(chuàng)新基金（CX202049）的支持。

劉驕龍同學(xué)是物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士三年級研究生，研究方向為新型硫化物/氧化物電磁波吸收材料的設(shè)計、制備及應(yīng)用。以第一作者身份在《Advanced Functional Materials》,《Chemical Engineering Journal》等國際知名期刊上發(fā)表研究論文多篇，并于2020年獲得西北工業(yè)大學(xué)博士論文創(chuàng)新基金以及吳亞軍獎學(xué)金。

吳宏景副教授在電磁波吸收領(lǐng)域特別是微觀電磁損耗物理機制方向已取得一系列創(chuàng)新性成果，其在研究生培養(yǎng)和大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面也取得了一定的成績，多名研究生獲得國家獎學(xué)金，多項國家級大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目獲得優(yōu)秀結(jié)題。目前擔(dān)任《稀有金屬》（中，英文版）青年編委、SCI源期刊Journal of Materials Science：Materials in Electronics編輯。

論文鏈接 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202105018