近年來，第五代(5G)無線技術(shù)加速了全球信息的傳輸，但也造成了嚴重的電磁污染。研制高效的電磁波吸收材料對人體健康保護和抗電磁干擾具有重要意義。一般來說，5G信號落在微波頻段，特別是在低頻區(qū)域。因此，如何提高其低頻微波吸收性能成為當(dāng)前研究的關(guān)鍵問題之一。基于碳納米線圈(CNC)的手性-介電-磁性三位一體復(fù)合材料的制備在低頻微波吸收領(lǐng)域具有潛力。然而，不同的磁系統(tǒng)對復(fù)合材料的磁響應(yīng)和頻率響應(yīng)的影響尚不清楚。

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低頻微波吸收復(fù)合材料

近日，大連理工大學(xué)物理學(xué)院潘路軍教授團隊在《Small》期刊發(fā)表題為《Construction of Chiral-Magnetic-Dielectric Trinity Structures with Different Magnetic Systems for Efficient Low-Frequency Microwave Absorption》的研究論文。

本研究選擇FeCo、CoNi、FeNi和FeCoNi四種磁性金屬分別與手性模板結(jié)合，得到四種形貌相似的手性-介電-磁性復(fù)合材料。CNC模板使所有復(fù)合材料具有優(yōu)異的介電損耗。進一步的磁導(dǎo)率分析和微磁學(xué)仿真證實，通過特定的磁共振模式和磁疇運動來改變磁系統(tǒng)，可以很好地調(diào)節(jié)頻率響應(yīng)區(qū)域。該研究為手性-介電-磁三位一體低頻微波吸收復(fù)合材料的設(shè)計提供了進一步的指導(dǎo)。

這篇研究得到國家自然科學(xué)基金項目[基金編號:52272288和51972039]和中國博士后科學(xué)基金項目[基金編號: 2021M700658]的資助以及大連理工大學(xué)儀器分析中心的協(xié)助。

圖一：CN, FC, FN和FCN復(fù)合材料的合成過程示意圖

圖二： CN, FC, FN, FCN復(fù)合材料的SEM圖像。

圖三： CN, FC, FN, FCN復(fù)合材料的TEM圖像

圖四：a) XRD譜圖，b)拉曼光譜，c) CN、FC、FN和FCN復(fù)合材料的室溫磁滯回線;d) CN, e) FC, f) FN, g) FCN復(fù)合材料阻抗匹配等值線圖

樣品的拉曼光譜進一步顯示了碳組分的石墨化程度。在1340cm-1和1580 cm-1處的兩個拉曼峰分別對應(yīng)于碳復(fù)合材料的D和G波段。一般來說，G帶代表sp2雜化石墨晶格的振動，D帶代表石墨晶格中缺陷的振動。D波段與G波段的強度比(ID/IG)反映了復(fù)合材料的石墨化程度?？傮w而言，所有復(fù)合材料的ID/IG值都很高(圖4b)，表明碳組分的石墨化程度較低，這與XRD結(jié)果一致。

圖五：a、e) CN, b、f) FC, c、g) FN, d、h) FCN復(fù)合材料的三維RL值及其投影圖；i) CN、FC、FN和FCN復(fù)合材料的最小RL值和最大EAB值；j) CN、FC、FN、FCN復(fù)合材料的最小RL曲線；k)最小RLL/填充比和最大EABL/填充比與最近文獻報道的其他碳/磁基吸收劑的比較。

圖六：a)介電常數(shù)實部，b)介電常數(shù)虛部，c) CN、FC、FN和FCN復(fù)合材料的電導(dǎo)率;d) CN, e) FC, f) FN, g) FCN復(fù)合材料的Cole-Cole圖;H)樣品介電損耗機理示意圖。

圖七：a)磁導(dǎo)率實部，b)磁導(dǎo)率虛部，c) CN、FC、FN、FCN復(fù)合材料的渦流感應(yīng)系數(shù)，d) CN、FC、FN和FCN復(fù)合材料的微磁模擬，e)手性分布模式和f)線性分布模式的微磁仿真。

大連理工大學(xué)潘路軍課題組課題組簡介

潘路軍，大連理工大學(xué)物理學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。1988年于西安交通大學(xué)電氣工程系電氣絕緣技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)；1994年赴日本大阪府立大學(xué)工學(xué)部電子物理專業(yè)留學(xué)。2000年獲博士學(xué)位并留校擔(dān)任助理教授，其間兼任日本科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)（JST）及日本新能源和產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）研究員；2007年底回國工作，受聘大連理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。歷任物理與光電工程學(xué)院光電工程系主任、物理與光電實驗中心主任、光學(xué)學(xué)科點負責(zé)人。近5年在《Advanced Functional Materials》、《Nano Energy》、《Nano-Micro Letters》、《Energy Storage Materials 》、《Chemical Engineering Journal 》、《Small》、《Carbon》等國際著名納米期刊上發(fā)表論文80余篇；主編《基礎(chǔ)光學(xué)》，參編《ディスプレイ材料と機能性色素（顯示器材料和機能色素）》、《フィールドエミッションディスプレイ（場發(fā)射型顯示器）》、《Handbook of Nano Carbon （納米碳手冊）》。

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本研究拉曼光譜數(shù)據(jù)采用的北京卓立漢光儀器有限公司Finder 930系列全自動化拉曼光譜分析系統(tǒng)檢測，如需了解產(chǎn)品，歡迎咨詢。