宏觀(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與微觀(guān)材料設(shè)計(jì)的結(jié)合為開(kāi)發(fā)先進(jìn)的電磁波 (EMW) 吸收器提供了巨大的可能性。在此，作者提出了一種超材料設(shè)計(jì)來(lái)解決該領(lǐng)域的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)，包括窄帶寬、低頻瓶頸，尤其是緊迫的穩(wěn)健性問(wèn)題（即傾斜和極化入射）。研究的吸收器采用半導(dǎo)體金屬有機(jī)骨架/鐵 2D/2D 組裝 (CuHT-FCIP)，具有豐富的晶體/晶體異質(zhì)結(jié)和強(qiáng)磁電耦合網(wǎng)絡(luò)。該設(shè)計(jì)在厚度僅為 9.3 毫米的情況下，在很寬的范圍（2 至 40 GHz）內(nèi)實(shí)現(xiàn)了出色的 EMW 吸收。值得注意的是，該吸收器在傾斜入射(75°以?xún)?nèi))和極化(橫向電和橫向磁)條件下保持了穩(wěn)定的性能。此外，吸收器展示了高比壓縮強(qiáng)度(201.01 MPa·cm³·g?¹)和低密度(0.89 g·cm?³)。這一進(jìn)展為開(kāi)發(fā)具有優(yōu)越性能的魯棒電磁波吸收器提供了希望。
Fig 1. CuHT-FCIP-EP 超材料吸收器的制備示意圖。將 CuHT 和 FCIP 混合物浸入乙醇溶液中，然后進(jìn)行水浴超聲處理，就合成了 CuHT-FCIP 2D/2D 組裝體。然后，按特定比例將 CuHT-FCIP 組裝體封裝在環(huán)氧樹(shù)脂中。最后，不同比例的 CuHT-FCIP 環(huán)氧樹(shù)脂在設(shè)計(jì)好的超材料模具中依次固化，制備出 CuHT-FCIP-EP 超材料。
Fig 2. | CuHT-FCIP 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特征。a CuHT、b FCIP 和 c CuHT-FCIP 復(fù)合材料的SEM圖像。 d-e Fe、Cu、C、O 和 S 的相應(yīng)元素圖譜結(jié)果。 f 根據(jù)相應(yīng)的離軸全息圖計(jì)算出的 FCIP-CuHT 夾層復(fù)合材料的磁通線(xiàn)分布（插圖）。
g CuHT-FCIP 夾層復(fù)合材料的AFM圖像。h CuHT、i FCIP 和 j CuHT-FCIP 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沿 c 軸的視圖。 k 接觸面之間 CuHT-FCIP 的電荷密度差（綠松石色和亮黃色分別代表電子的減少和富集）。l CuHT 和 m FCIP 的狀態(tài)密度。n CuHT 和 o FCIP 的功函數(shù)。
Fig 3. | a-c 樣品 S1-S3 不同厚度下 RL 值與頻率的二維等值線(xiàn)圖。d-f 樣品 S1-S3 的介電損耗（tan
δε，紅色）和磁損耗（tan
δμ，藍(lán)色）曲線(xiàn)。g 樣品 S1-S3 的相對(duì)表面阻抗 (|Z
in/Z
0|)。h 樣品在 10 GHz 不同入射角下的模擬 RCS 值。 i EMW 吸收特性與最近報(bào)道的 MOFs 復(fù)合材料的比較。
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Fig 4. a 擬議吸收器示意圖、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制備的超材料樣品。 b 電磁有限元仿真得出的三層板坯模型（S1-S2-S3）隨頻率變化的功率損耗貢獻(xiàn)。插圖：仿真模型（10 × 10 毫米單元格）。c 超材料吸收體在 3.82 GHz 和 31.0 GHz 時(shí)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)和功率損耗密度分布。 d-g 單層吸收體和超材料吸收體的史密斯圖（空心圓端代表 2 GHz，實(shí)心圓端代表 40 GHz；橙色陰影區(qū)域代表接近完美匹配阻抗（即 |Z| = 1）的歸一化阻抗周?chē)?31.6% 的波動(dòng)范圍）。
Fig 5. a 超寬帶超材料吸收體的實(shí)驗(yàn)反射率與模擬反射率對(duì)比。 b CuHT-FCIP-EP 超材料測(cè)試樣品照片。 c 基于 CuHT-FCIP 的超材料吸收體與一些典型三維超材料的性能對(duì)比。d-g 超材料吸收器在斜入射時(shí)的實(shí)驗(yàn)反射率，入射角從 5°到 75°，在 TE 極化和 TM 極化下測(cè)量。h CuHT-FCIP-EP 超材料吸收器的多尺度吸收機(jī)制示意圖。 i 擬議超材料吸收器的密度性能。
相關(guān)研究工作由西北工業(yè)大學(xué)Jie Kong和Ruizhe Xing課題組于2024年共同在線(xiàn)發(fā)表在《Nat Commun》期刊上，2D/2D coupled MOF/Fe composite metamaterials enable robust ultra–broadband microwave absorption，原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-49762-4
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
