安徽大学团队开发新型电磁波吸收材料，实现超低填充量下高效吸收
安徽大学团队开发新型电磁波吸收材料，实现超低填充量下高效吸收
近日，安徽大学张惠教授、黄方志教授、李士阔教授团队在《ACS Nano》期刊上发表重要研究成果，他们成功开发出一种高效、轻量化的电磁波吸收材料。该材料通过静电纺丝和焦耳加热方法，将五元FeCoNiCuMn高熵合金（HEA）集成到蜂窝状多孔碳纳米纤维（HCNF）中，展现出优异的电磁波吸收性能。
研究背景
随着高频电磁技术的广泛应用，研究人员对高效电磁波（EMW）吸收材料的需求日益增加。这些材料需要具有强吸收能力、薄厚度、轻量化以及宽吸收带宽的特点，以应对复杂的电磁环境。传统的金属基吸收材料虽然在一定程度上表现出高磁损耗和强吸收能力，但其高密度和低稳定性严重制约了它们的发展和应用。
高熵材料因其高组分复杂度、格子畸变、延迟扩散和“鸡尾酒效应”等特性，在EMW吸收领域受到了广泛关注。高熵合金具有良好的电磁波吸收潜力，但其在合成过程中存在相分离的问题，尤其是在缓慢的高温处理过程中。这使得控制合金纳米颗粒的均匀分布和微观结构变得困难。
研究方法
研究团队采用静电纺丝和焦耳加热方法，成功解决了高熵合金的相分离问题。具体步骤如下：
- 材料制备：将聚乙烯醇（PVA）粉末溶解在去离子水中，加入金属硝酸盐，搅拌均匀后加入聚四氟乙烯（PTFE），继续搅拌。
- 电纺工艺：将溶液转移到注射器中，在特定条件下进行电纺。
- 预氧化处理：纺丝后的纤维在空气中加热至280℃，保持5小时进行预氧化处理。
- 焦耳加热法：将预氧化的纤维膜放置在焦耳加热装置的石墨电极板上，设定电压为40 V，电流为300 A，上限温度为2000 K，经过17秒的超快速焦耳加热过程，获得HCNF/HEA（HCNF/FeCoNiCuMn）。
研究结果
研究结果显示，HCNF/HEA复合材料在2 wt%的超低填充量下，表现出卓越的电磁波（EMW）吸收性能。最低反射损失（RLmin）为-65.8 dB，最大吸收带宽（EAB）可达7.68 GHz。这种低填充量创下了碳纳米纤维和高熵合金吸收材料的新纪录。
吸收机制
HCNF/HEA复合材料的电磁波吸收机制包括强极化损失、三维导电网络、蜂窝状多孔结构以及磁损耗和介电损耗的互补特性。这些机制共同作用，显著提高了复合材料的EMW衰减性能。
展望
该研究为电磁波吸收材料的发展提供了新的思路和方向。未来，研究团队计划进一步优化制备工艺，探索不同金属组合，调控材料结构和形貌，以及深入研究吸收机制，以期开发出性能更优的电磁波吸收材料。
图1. 静电纺丝焦耳加热法合成HCNF/HEA复合材料