2023年08月14日
5G技术及无线设备的迅速发展，使我们生活的各个领域产生了巨大的变革，然而随之而产生的电磁辐射已成为继大气、水和噪声污染之后的第四大污染源。为解决上述问题，研究人员一直致力于可以将电磁波转化为热能或其它形式能量的吸波材料研究。
近日，西交利物浦大学理学院化学系杨莉教授团队制备出了厚度及尺寸可调控的二氧化锰包覆的空心碳化硅吸波复合材料，当壳厚为90nm，核大小为360nm时，该复合材料在1.8mm厚时的有效吸收带宽可达5.71GHz，相比于纯空心碳化硅材料提升了225%。该成果发表于国际研究期刊《化学工程期刊》，影响因子15。
碳化硅材料具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化、低密度、高强度及良好的阻抗匹配特性，然而纯碳化硅材料的吸波性能较差，为了进一步拓宽碳化硅在吸波领域的应用，研究者通过结构设计及与其他材料复配来提升碳化硅材料的吸波性能。然而，均匀的单分散的中空核壳结构的碳化硅及其复合材料很少有人研究。
该研究团队经过大量实验设计、工艺摸索、制备机理及性能表征分析，成功制备出了均匀的单分散的中空碳化硅，但是中空球状碳化硅材料密度很轻，测性能时最大填充量只能达到20%，有效成分含量低，所测得的吸波性能较差，有效吸收带宽仅有2.54GHz。
为了进一步提升材料的吸波性能，增加材料的实际应用价值，该研究团队引入了无毒、产量丰富、制备简单并且具有高介电损耗的二氧化锰材料。通过形成复合材料提升材料的界面极化及导电性，进一步提升材料的吸波性能。
首先该团队对二氧化锰的制备机理进行深入讨论，通过调整二氧化锰的添加比例，制备了一系列不同壳厚（40nm-110nm）的单分散二氧化锰包覆中空碳化硅核壳球结构。吸波性能测试结果表明，当二氧化锰壳层厚度为90nm时，该复合材料具有最佳的吸波性能。
紧接着该研究团队又通过调整空心核的直径，制备了一系列壳厚在90nm, 核大小在300nm至470nm的单分散复合球，经过一系列的分析测试及全面的吸波损耗理论分析，最终得出空心核直径为360nm的复合材料具有最佳的吸波性能，相对于纯中空碳化硅球提升了225%。
“纳米级单分散二氧化锰包覆中空碳化硅核壳球结构复合材料的成功研制，一方面提升了材料的吸波性能，降低了材料的密度，实现了薄、轻、宽、强的综合性能要求；另一方面单分散球状结构可确保实际应用中材料性能的均匀性、一致性及稳定性，可以更为可靠的解决设备内部的电磁干扰以及对生物体的辐射问题，具有深远的现实意义和实际应用前景广阔。”杨教授说。
记者：王璐谣
素材提供：杨莉教授
2023年08月14日