一维钴/碳复合材料的超宽频电磁波衰减性能研究及其机制解析

　　针对电磁污染治理中宽带吸波材料稀缺的难题，中国科学院金属研究所团队通过溶剂热-热解法制备了一维钴基MOF衍生复合材料。该材料具有独特的棒状微观结构和纳米颗粒表面修饰，在2.2 mm厚度下实现6.7 GHz超宽有效吸收带宽(EAB)，覆盖Ku波段。其优异性能源于优化的阻抗匹配、增强的界面极化及导电网络构建，为高性能电磁波吸收材料设计提供了新思路。

　　

随着5G/6G通信技术的快速发展，电磁污染已成为威胁电子设备安全和人体健康的重要问题。电磁波(EMW)吸收材料作为解决方案，其核心指标有效吸收带宽(EAB)却长期受限于传统材料的性能瓶颈。当前大多数吸波材料在2-4 mm厚度下仅能实现4-5 GHz带宽，难以满足Ku波段(12-18 GHz)全覆盖需求。这一挑战的根源在于材料难以同时实现良好的阻抗匹配与多重损耗机制协同。

中国科学院金属研究所团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，通过创新设计一维(1D)钴基金属有机框架(MOF)衍生复合材料，成功突破这一限制。研究人员采用溶剂热结合高温热解技术，制备出表面修饰纳米颗粒的棒状Co/C复合材料。当热解温度控制在700°C时，材料在2.2 mm厚度下获得6.7 GHz的创纪录EAB，其性能远超同类材料。微观结构分析显示，这种1D结构具有高达102的长径比，能构建三维导电网络，显著提升电子传输效率。同步辐射测试证实材料中存在大量Co/C异质界面，通过增强界面极化效应提升介电损耗(tan δ_e
)。磁性测试显示饱和磁化强度(M_s
)达142.3 emu/g，实现磁-介电协同损耗。

关键技术包括：1) 溶剂热法合成1D Co-MOF前驱体；2) 惰性气氛下梯度温度热解(600-800°C)调控微观结构；3) 矢量网络分析仪测试复介电常数(ε_r
=ε'-jε'')和复磁导率(μ_r
=μ'-jμ'')；4) 传输线理论计算反射损耗(RL)。

【Results and discussion】部分揭示：

1. XRD证实所有样品均含单质钴相，700°C热解产物(S2)结晶度最佳；
2. SEM显示1D棒状结构表面均匀分布20-50 nm钴颗粒，形成"珍珠链"形貌；
3. 电磁参数分析表明S2的ε''值在12-18 GHz区间出现双共振峰，源于界面极化和偶极子极化；
4. 阻抗匹配计算显示S2的|Z_in
   /Z₀
   |值最接近1，实现最小反射；
5. 涡流损耗系数C₀
   值证实S2具有最优的磁损耗能力。

【Conclusion】指出该研究通过精准调控1D结构的几何特征与组分分布，首次实现Ku波段全覆盖吸收。其创新点在于：① 1D结构提供长程导电通路与多重散射中心；② 纳米颗粒修饰增加异质界面密度；③ 双组分特性平衡阻抗匹配。这项工作为开发下一代宽带吸波材料提供了普适性设计策略，在军事隐身和民用电磁防护领域具有重要应用前景。通讯作者Fuchun Liu强调，该方法可拓展至其他磁性金属MOF体系，通过改变有机配体进一步优化性能。