南京信息工程大学黄啸谷教授团队在电磁功能材料研究获系列进展
随着无线通信技术的日益发展，电磁干扰已经成为威胁人类健康和军事安全的紧迫问题。近期，南京信息工程大学化学与材料学院黄啸谷教授领衔的特种电磁功能材料研究团队在电磁环境调控领域取得了多项重要研究进展，在Small，Small Method，Carbon，Journal of Materials Chemistry A，Journal of Materials Chemistry C等高质量学术期刊发表一系列研究成果。
[成果1] “Metal-Organic Framework-Manipulated Dielectric Genes inside Silicon Carbonitride toward Tunable Electromagnetic Wave Absorption”（Small, 2023, 2304694. https://doi.org/10.1002/smll.202304694,影响因子13.3）
该研究将系列金属有机框架（MOFs）引入到聚硅氮烷前驱体，通过配位交联、催化石墨化和相分离过程合成了具有多相异质界面的含金属硅碳氮（SiCN）纳米复相陶瓷。研究发现，通过MOFs对SiCN陶瓷介电基因的调控可产生大的晶格应变和丰富的晶格缺陷，从而导致强烈的界面极化和偶极极化。所制备的SiCN/M陶瓷在低频下具有优异的吸波性能，有望为未来基于异质界面工程的介电型电磁波吸收材料的设计提供指导，同时为开发具有理想性能的MOFs改性SiCN纳米复相陶瓷提供范例。硕士生于高远为论文第一作者，黄啸谷教授和邵高峰副教授为论文共同通讯作者。
[成果2] “Harnessing Pseudo-Jahn-Teller Disordering of Monoclinic Birnessite for Excited Interfacial Polarization and Local Magnetic Domains”（Small Methods, 2023, 2300045. https://doi.org/10.1002/smtd.202300045, 影响因子12.4）
多面体的对称性是决定晶体性质的重要因素之一。该研究提出在单斜水钠锰矿中引入二阶姜-泰勒畸变及其无序，破坏了MnO6八面体的高对称性和有序排列，诱导层错形成并增加电子自旋磁矩，从而激发水钠锰矿微波吸收材料的界面极化和磁损耗。该研究成果为揭示电磁波吸收材料的电磁调控机制和吸波机理提供了理论参考。黄啸谷教授为论文第一作者，黄啸谷教授、中科院物理所张庆华副研究员和清华大学谷林教授为论文共同通讯作者。
[成果3] “Synergistically enhanced flexibility, mechanical strength and microwave absorption performances of TPE-based hybrid films via thermally assisted homogeneous separation technology”（Carbon, 2023, 206, 392. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.02.051, 影响因子10.9）
该研究通过热辅助均相分离技术制得了高介电碳纤维和强磁性羰基铁共填充的吸波薄膜。得益于塑性TPE的骨架支撑和纤维-球的桥联作用，该复合薄膜在柔韧性和机械强度性能方面表现出了强的兼容性。研究发现，薄膜在具备高可变形性（变形达到原始薄膜长度300%不断裂）和低弹性系数（323.8 Pa）的同时还表现出优异的电磁波吸收性能，有效吸波带宽达到14 GHz。研究工作整合了电磁响应、灵活性、机械性能于薄膜一体，为目标表面易粘贴/剥离吸波薄膜的开发和应用提供了新的思路和方法。权斌副教授为论文第一作者，黄啸谷教授和权斌副教授为论文共同通讯作者。
[成果4] “Manipulation of nano-metals to implement rational conduction tailoring for high-efficiency microwave absorption”（Carbon 2023, 210, 118045. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118045, 影响因子10.9）
该研究通过溶剂辅助真空抽滤组装结合原位还原技术制得了纳米金属（Ag、Cu）插层的RGO基吸波薄膜。基于微纳组分/结构衍生、仿真模拟、损耗功率的整合分析，揭示了导电修饰对于性能优化机理。研究发现，金属与导电基质的接触点对电磁波响应尤为明显，而电导损耗部分在导电修饰过程中始终处于主导地位。得益于电磁能捕获与电磁能转移之间的平衡关系，合适的金属插层可以实现有效吸波带宽的显著拓展。该成果首次系统分析了导电修饰为基础的电荷-组成-模型-电磁波响应关系链，对高效电磁波吸收材料的研究有重要意义。权斌副教授为论文第一作者，黄啸谷教授和权斌副教授为论文共同通讯作者。
[成果5] “A rational design of multiple-layer films with continuous impedance gradient variation for enhanced microwave absorption”（Journal of Materials Chemistry A, 2023, 11, 3625. https://doi.org/10.1039/d2ta08949a, 影响因子11.9）
该研究通过计算模拟结合真空辅助抽滤技术制得了具有阻抗梯度渐变的多层复合吸波薄膜。研究发现，通过多层薄膜的结构设计可以将入射电磁波引入到材料内部，随着介电值的增加，薄膜逐渐从阻抗型转变为损耗型，将电磁波逐步损耗，实现了13.6 GHz频段的有效吸波。该工作通过阻抗梯度渐变设计实现了薄膜材料的电磁波高效吸收，为阻抗渐变电磁波吸收薄膜的开发和应用提供了新方法。权斌副教授为论文第一作者，黄啸谷教授为论文通讯作者。
[成果6] “Polarization genes dominated heteroatom-doped graphene aerogels toward super-efficiency microwave absorption”（Journal of Materials Chemistry C, 2023.https://doi.org/10.1039/D3TC01965A，入选Journal of Materials Chemistry C HOT Papers, 影响因子6.4）
介电基因调控已被认为是一种有效的策略来操纵二维石墨烯基吸波剂对电磁波的响应。但是，对三维石墨烯气凝胶内介电基因的精准调控仍然缺乏。该研究通过对吡咯和硫脲分子交联的石墨烯气凝胶进行热分解，得到了掺杂杂原子（N，S）的超轻石墨烯气凝胶（NSGA）。NSGA的胞腔结构改善了阻抗匹配，杂原子胞壁产生了大量的偶极和缺陷极化位点，协同促进了微波衰减。该研究为调控石墨烯气凝胶的极化基因提供了一种有效的杂原子掺杂策略，从而实现了“薄、轻、强、宽”的综合吸波性能。黄啸谷教授为论文第一作者，黄啸谷教授和邵高峰副教授为论文共同通讯作者。
来源：南京信息工程大学