单金属MOF衍生多孔碳微波吸收性能研究进展

现阶段,电子仪器和设备受到空前关注,但是电磁波污染问题也随之加剧,电磁吸波材料可以保护人体和仪器设备免受其干扰,而且对于军用设备的隐身也会起到重要的作用。金属有机框架(MOFs）是一种三维多孔结构,其合成方法简单,尺寸形貌和孔径大小可控,形状结构稳定。其衍生的多孔碳材料因具有较强的导电性和较大的比表面积等优点使其成为热门的应用材料。在微波吸收领域,MOF 衍生多孔碳材料也展现出巨大潜力。文中从 MOF 的中心金属出发,对单金属 MOF 衍生多孔碳材料的研究现状和吸波原理进行了介绍,详细总结了其在微波吸收领域的研究进展,并综合上述进展分析了单金属 MOF 衍生多孔碳做吸波材料存在的问题 最后对其未来发展方向做出了展望和预测     

多金属MOF衍生多孔碳微波吸收性能研究进展

在对单金属MOF衍生多孔碳微波吸收性能研究进展的基础上进行了拓展,继续研究了多金属MOF衍生多孔碳材料做微波吸收材料的吸波原理和相较于单金属MOF衍生多孔碳的优势。分别从双磁性金属MOF多孔碳、单磁性金属MOF多孔碳和三金属MOF多孔碳3个方面论述了其研究进展。综合上述进展分析了多金属MOF衍生多孔碳做吸波材料存在的问题并对其未来发展方向做出了展望和预测。     

综述:基于热解MOF衍生物的电磁波吸收剂

日益严重的电磁污染多年来一直困扰着电磁能量耗散领域的研究人员，有效地解决这一问题变得越来越重要。金属有机骨架(MOF)作为功能材料中的一颗璀璨之星，因其具有高度可调的孔隙率、结构和通用性等优点而备受关注。MOF衍生的电磁波(EMW)吸波材料具有重量轻、匹配厚度薄、容量大、有效带宽宽等优点，被广泛报道。然而，目前的研究缺乏基于热解MOF衍生物的电磁波吸收剂的系统总结。在这里，我们详细地描述了制备MOF衍生EMW吸波材料的电磁(EM)能量耗散机理和策略。在此基础上，提出了如下方法来调整MOF衍生物的电磁参数，以实现良好的电磁能量耗散:(1)改变金属和配体以调节前驱体的化学成分和形貌；(2)控制热解参数(包括温度、升温速度和气体气氛)以控制衍生物的结构和组分；(3)与增强相复合，包括碳纳米材料、金属或其他MOF。     

编者按:《电磁波吸收材料专刊》

随着信息技术和电子工业的快速发展，隐身战机、雷达隐身、电子对抗、微波通信等设备在军事防御中发挥着越来越重要的作用。因此，设计和开发可广泛应用于微波领域的具有高性能和环境适应性的新型电磁波（EMW）吸收材料已成为重大先进军事装备现代化和升级中急需解决的关键问题和重大战略挑战。此外，如何有效地解决日益增长的电磁污染一直是困扰电磁波吸收领域研究人员多年的一个重要问题。为此，我们推出了电磁波吸收材料专刊，重点关注用于EMW吸收的材料的设计、合成、结构工程和环境适用性方面的最新进展和成就。同时，基于实验研究和理论模拟，揭示了改善EMW吸收行为的策略和基本机制。本期专刊共收录了15篇论文，包括12篇原始研究论文和3篇综述论文。     

过渡金属硫化物在电磁波吸收应用中的研究进展

过渡金属硫化物（TMDs）由于其独特的结构和电学性质，在电磁波（EMW）吸收领域表现出巨大的优势。在过去的三年中，人们对基于过渡金属硫化物的电磁波吸收材料进行了大量的研究，但截至目前为止，此领域全面而系统的文献综述仍然较少。研究过渡金属硫化物基吸波材料的形貌结构、相、组分和电磁波吸收性能之间的相互联系具有重要意义。本综述致力于从以下角度分析研究过渡金属硫化物基电磁波吸收材料:TMDs的吸波特性调节策略以及基于TMDs的杂化电磁波吸收材料的最新进展。此外，本文还总结了这些代表性进展的电磁波吸收机理和组分-性能依赖关系。最后，对目前这一领域存在的问题及发展前景进行了探讨。     

金属有机框架衍生单原子纳米酶的合成、表征与生物应用研究进展

单原子催化剂（SACs）具有高原子利用效率以及高催化活性，在各种催化体系中均表现出优异的性能.其原子级别的活性位点与天然的金属蛋白酶类似，因此单原子纳米酶（SAzymes）的概念也应运而生.而金属有机框架（MOF）由于其具有高孔隙率的特点，可以作为合成SAzymes的前驱体.该文总结了使用MOF前体/模板构建SACs的合成策略，以及SAzymes的生物应用，提出了基于MOF衍生的SAzymes的发展挑战和前景.     

宽频带超材料微波吸收结构研究

将3D超材料吸波结构和磁性吸波材料相结合使用,对宽频带微波超材料吸收结构进行了设计优化和电磁场仿真研究.利用磁性材料本身的电磁波吸收性能和周期性超材料吸波单元的频率可设计性,并充分考虑了3D渐变单元的电磁场匹配和多次反射吸收的情况,设计了由圆台形单元组成的周期性吸波结构:每个圆台由20层尺寸渐变的金属谐振单元和以羰基铁粉为吸波填充材料的磁性复合层相间堆叠而成.采用电磁仿真软件CST Microwave Studio进行了结构设计以及吸波效果和电磁场分析,结果表明:此结构在4.5 G～18 GHz频率范围内电磁波吸收效果较好,正入射的吸收率大于90%.仿真和分析结果也表明,吸波材料和超材料相结合,在厚度不超过5 mm的情况下,所能够实现的吸波频率的下限约为4 GHz.     

吸波材料的物理机制及其设计

吸波材料是一种重要的军事隐身功能材料,其机理本质上是电磁波与物质相互作用,入射的电磁波通过介质最大限度地转变成热能或其他形式的能.评价吸波效能的主要参数是损耗因子、复介电常数、复磁导率.作者用简单的等效电路分析了材料吸波机制,阐明了这些参数的物理意义,定性地给出了吸波材料的设计方向.分析结果表明吸波材料的电磁损耗机制分为3种类型,即电阻损耗型、介电损耗型和磁损耗型;设计吸波材料时要综合考虑损耗吸收和波阻抗匹配2种因素;多元复合尤其是纳米无机物与有机聚合物复合,将3种损耗有效结合,并尽可能阻抗匹配,这是实现轻质、强吸收、宽频、微波红外隐身兼容且综合性能好的吸波材料的有效途径;研究材料的吸波特性还必须从微观层次上用量子理论分析材料对电磁波的基本吸收过程.     

宽频吸声兼容电磁吸波的多功能超材料设计

超材料具有传统材料所不具备的超常物理性质,对电磁场、声场等物理场可以实现自由调控。设计了一种由多尺寸的亥姆霍兹共振器和多尺寸的金属谐振结构组成的宽频吸声兼容电磁吸波的多功能超材料,实现了对声波和电磁波的宽频双吸收。仿真结果表明：文中提出的超材料在690~927 Hz范围内具有0.8以上的高吸声系数,在9.11~11.10 GHz范围内对微波具有0.8以上的吸收系数。所提出的多功能超材料对于声波及电磁波均具有宽频、高效的吸收作用,在噪声污染防治和电磁防护方面有潜在的应用价值。     

微波吸收材料的分块设计方法

通常的微波吸收材料采用单层或分层的设计方法,由于各层之间传输的电磁波的幅度和相位变化相互制约,不能独立发挥作用,因而不能有更有效地提高吸收性能,展宽频带,提出了微波吸收材料分块的新技术,给出了它的原理、方法和实例,将微波吸收材料分成数块,每一块反射的幅度和相位可以单独控制,精心调控这些幅度和相位,使合成的矢量幅值较小,就能在较宽的频率内,使总反射较小,设计和实验结果表明：利用现有材料,在8－12GHz频率范围内可以设计出反射率优于－35dB的吸波材料,而8－18GHz频率范围内可以优023dB.3-18GHz频率范围内的设计和实验结果都能使反射率优于－10dB,这样的结果是分层设计无法做到的,证实了分块设计法确能有效提高微波吸收材料性能。     

单层手征性平板微波吸波体

介绍了单层手征性平板微波吸波体的研究，报告了微波反射率对电磁波频率的依赖关系，实验结果表明，此种吸波体具有良好的电磁性能，这意味着手征性材料是一种良好的微波吸收材料，此外，本文报告了电磁波通过手征性材料时，电磁波偏振面的旋转现象。     

光热响应金属有机框架材料的应用研究进展

光热响应金属有机框架(MOF)材料是环境功能材料的一个前沿分支.这类材料具有特殊的结构、开放的活性位点和可逆的结构转变等理化特性，引起了不少学者的兴趣.本文详细阐述光响应客体分子，如螺吡喃、偶氮苯、二芳基乙烯等光敏分子的结构异构转换机理，并介绍光响应MOF材料的应用领域；同时，详细讨论热响应客体分子聚(N-异丙基丙烯酰胺)和聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯，及热响应MOF材料的应用前景.在此基础上，提出光热响应MOF材料设计开发的理论思路，并对未来光热响应MOF材料的研究方向进行展望.     

NiFe2-xMxO4(M=Ce,Sm, Gd)的制备及其膜的微波吸收性能

用水热法和煅烧技术制备了NiFe_2-xM_xO₄(M=Ce, Sm, Gd,x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10)系列尖晶石型铁氧体。用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy, SEM)和矢量网络分析仪(vector network analyzer, VNA)等表征和测试了铁氧体粉末的结构、形貌及电磁性能。结果表明,膜与材料的微波吸收机理不同,膜的微波吸收理论基础是电磁波理论而不是阻抗匹配理论;膜可以使材料超量吸收微波,该性质可望拓展微波吸收膜的其他应用。     

具有疏水、隔热和微波吸收性能的多功能Mo2C修饰的rGO气凝胶

还原氧化石墨烯（rGO）气凝胶因其丰富的导电网络和复杂的内部微观结构,以及与其他电磁衰减组分的良好兼容性,可以用作高效微波吸收材料,以缓解日益严重的电磁污染问题。然而,rGO气凝胶损耗单一,无法在自由空间中产生匹配良好的特性阻抗,使得电磁波难以在材料内部发生有效衰减。本文旨在开发一种具有多功能特性的Mo₂C修饰rGO气凝胶复合材料作为高效微波吸收材料。本文通过水热组装、冷冻干燥和高温热解过程,制备了Mo₂C纳米颗粒修饰的rGO气凝胶复合材料,研究了组成变化对复合材料形貌、结构和性能的影响。结果表明,当Mo₂C/rGO气凝胶质量填充为9%时,在7.3 GHz处最小反射损耗值可达到?63.3 dB,最大有效吸收带宽为5.1 GHz。优异吸波性能主要来自于Mo₂C纳米颗粒带来的衰减能力和阻抗匹配之间的良好平衡,尽管相对复介电常数随着Mo₂C负载的增加而逐渐减小导致介电损耗下降,但Mo₂C优化了电磁波入射界面处的阻抗匹配特性。引入Mo₂C纳米颗粒后,rGO气凝胶的疏水性和隔热性也得到了有效改善。本文中Mo₂C纳米颗粒对多功能特性的积极影响增强了Mo₂C/rGO气凝胶的环境适用性,使其成为多功能高性能微波吸收材料的候选材料。     

微波在无机材料热处理中的应用

微波是波长介于可见光与通讯波之间的电磁波。微波照射可以引起物质的发热而升温。其原理是电磁波耦合内部的极化因子并使之高频反转。文中归纳影响材料微波加热效应的材料相关因素有介电常数、损耗正切、耦合温度、材料密度等因素,列举了目前微波加热处理的关注领域,主要有微波合成、微波焊接、微波烧结等。其中,微波将在原子扩散、结晶相变和复合材料设计中发挥特殊的优势。     

梯度羰基铁/碳纤维增强复合超材料的多尺度结构及超宽频电磁波吸收性能

先进电磁波吸收材料对薄厚度、轻重量、宽频带、强吸收等综合性能提出了更高要求。在此,我们提出了一种具有梯度电磁特性的新型层状台阶吸波超材料。通过在环氧树脂中分散不同含量的羰基铁和碳纤维来获得不同复介电常数和复磁导率的材料。通过对各层材料的电磁参数和几何尺寸实现宽频吸波性能的优化。在相同厚度和相同各层材料电磁参数条件下,平板层状结构在2.0–40 GHz范围内只能实现小于?6 dB的反射损耗,而本文设计的层状台阶超材料实现了小于?10 dB的电磁波吸收。此外,层状台阶超材料在11.2–21.4 GHz和28.5–40 GHz的频率范围反射损耗小于?15 dB。根据实验和仿真结果,本文讨论了多尺度结构协同效应所引起的多种电磁波吸收机制。因此,将多层结构和周期性台阶结构结结合获得新型的梯度吸收超材料,可为宽频电磁吸波材料的设计和研制提供新的思路。     

MOFs衍生的复合材料电磁微波吸收性能研究进展

由于具有质量轻、比表面积高以及独特的多孔结构等特点,金属有机框架(metal organic frames,简称MOFs)材料被认为是潜在理想的功能纳米材料.通过改变金属离子、有机配体和合成方法,可以构建多种MOFs,由此衍生的复合材料广泛应用于电磁微波吸收领域.该文概述MOFs衍生的复合材料电磁微波吸收性能的研究进展,并展望提高MOFs衍生的复合材料电磁微波吸收性能的新途径.     

基于金属-绝缘体-金属光栅结构的功分器及分波器设计

设计了一种基于仿表面等离激元（Spoof surface plasmon polaritons,Spoof SPPs）的金属-绝缘体-金属（metal/insulator/metal,MIM）光栅结构的Y型功分器和分波器。MIM光栅结构由两块内侧加工有周期性凹槽的有限厚度金属板构成,工作于微波波段,采用单极子作为激励来激发光栅结构上的仿表面等离激元。其中功分器的两个输出分支采用凹槽深度相同的光栅结构,可以将从输入端来的电磁波平均分成两个部分,然后分别朝着两个输出分支传播;而分波器的两个输出分支则采用凹槽深度不同的光栅结构,可以使不同频率的电磁波朝着不同的分支传播。利用三维电磁仿真软件CST微波工作室（CSTmicro-wave studio）对该功分器和分波器进行仿真分析,加工出分波器实物并进行了实验测试,测试结果与仿真分析基本吻合,验证了方案的可行性。     

M型钡铁氧体的制备及其吸波性能表征

采用溶胶凝胶自蔓延合成工艺制备了六角晶系M型钡铁氧体微粉BaFe12O19.用X射线衍射仪,振动样品磁强计和矢量网络分析仪对粉末的结构、磁性能以及电磁波吸收性能进行了表征.结果表明,BaFe12O19既能产生磁损耗,又能产生介电损耗,是一种宽频微波吸收材料.     

空心微珠及其表面化学镀镍

人们对空心微珠产生认识始于20世纪五十年代,其最初是从火力发电的粉煤灰中获得。随着对空心微珠各项性质认识的不断深入,相关人员开始尝试将其应用到各个方面,而其在军事上的最新用途就是作为微波吸收材料的吸收剂。介绍了空心微珠作为一种新兴的吸波材料它的特殊物理性质、制备以及分类,重点介绍了它表面改性（化学镀Ni—P）的工艺及流程,为下一步研究其在高频电磁波下的吸波性能做准备。