层状FeSiCr@杂化氧化物复合材料在超薄厚度下实现阻抗匹配与损耗能力协同优化的超宽带微波吸收研究

　　【编辑推荐】针对5G/6G时代低频段(2-10 GHz)电磁波吸收存在的厚度大、带宽窄难题，研究人员通过垂直球磨法制备层状FeSiCr@杂化氧化物复合材料，创新性地整合磁性薄片的强磁损耗(μr )、介电@磁性结构的阻抗匹配(Zim =0.54-0.9)及多层散射效应，实现在1.1 mm厚度下7.2 GHz的超宽有效吸收带宽(EAB)，并覆盖S/C/X波段低频吸收需求，为超薄宽带吸波材料设计提供新范式。

　　

随着5G/6G通信技术的快速发展，电磁波频段逐步向2-10 GHz低频范围集中，这些长波长电磁波具有强穿透能力，对电子设备电磁防护和人体健康构成挑战。传统吸波材料在高频段(>10 GHz)已实现较宽有效吸收带宽(EAB)，但在低频区仍面临"厚匹配厚度、窄带宽"的核心瓶颈。这一困境源于电磁参数间的固有矛盾：高磁导率(μ_r
)虽能增强低频磁损耗，却易导致阻抗失配；而过度追求阻抗匹配又可能削弱损耗能力。如何破解这一"鱼与熊掌"难题，成为当前吸波材料领域的研究热点。

浙江某研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究中，创新性地选择工业级FeSiCr合金为基体，通过垂直球磨技术构建层状FeSiCr@杂化氧化物复合材料。该材料巧妙融合磁性金属薄片的平面各向异性（突破Snoek极限）、表面原位生成的多元氧化物层（Fe₂
O₃
/Fe₃
O₄
/SiO₂
/Cr₂
O₃
），以及非均匀层状界面结构，首次在1.1 mm超薄厚度下实现7.2 GHz的EAB，并同步覆盖S-band(2.24-4 GHz)、C-band(4.4-7.76 GHz)和X-band(7.68-12.8 GHz)的低频吸收需求。

关键技术包括：1）采用水气联合雾化FeSiCr粉体（D50=9.9 μm）为原料，通过高能垂直球磨（18 kg不锈钢磨球，乙醇介质）调控薄片形貌与表面氧化层；2）XRD与TEM表征确认BCC结构α-Fe(Si,Cr)晶粒细化及杂化氧化物层形成；3）矢量网络分析仪测试复介电常数(ε_r
)与复磁导率(μ_r
)，计算阻抗匹配度(Z_im
)与反射损耗(RL)。

【结果与讨论】

1. 材料表征：球磨时间延长使(110)晶面衍射峰宽化，晶粒尺寸从S3的28.6 nm降至S6的18.2 nm。TEM显示10-20 nm氧化物层均匀包覆，其中Fe³⁺
   /Fe²⁺
   氧化还原对增强界面极化。
2. 电磁性能：S5样品在1.1 mm厚度时Z_im
   =0.76（近理想匹配），其EAB覆盖7.44 GHz（5.36-12.8 GHz）。低频吸收性能突出：3.1 mm时S-band EAB达1.76 GHz，归因于薄片平面各向异性提升μ_r
   至4.2。
3. 机制分析：阻抗匹配度(0.54-0.9)与EAB覆盖面积呈正相关；当介电/磁损耗共振区重叠时（如S5在9 GHz处tanδ_e
   ≈tanδ_m
   ），反射损耗峰展宽形成宽频吸收。

【结论】该研究通过"磁性薄片-介电涂层-层状结构"三级设计，首次揭示Z_im
与EAB的定量关系（0.54≤Z_im
≤0.9），突破传统吸波材料低频/高频性能不可兼得的限制。层状FeSiCr@氧化物复合材料在1-3 mm厚度区间实现全频段覆盖，为5G基站、军用隐身等场景提供新型超薄宽带吸波解决方案。研究提出的"阻抗匹配窗口"准则与多损耗协同策略，对下一代智能电磁防护材料开发具有普适指导意义。