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(yán)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(hù)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(tuán)隊(duì)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(jìn)一步的磁導(dǎo)率分析和微磁學(xué)仿真證實(shí)，通過特定的磁共振模式和磁疇運(yùn)動(dòng)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(jì)提供了進(jìn)一步的指導(dǎo)。

這篇研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目[基金編號:52272288和51972039]和中國博士后科學(xué)基金項(xiàng)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(jìn)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(gè)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(dòng)，D帶代表石墨晶格中缺陷的振動(dòng)。D波段與G波段的強(qiáng)度比(ID/IG)反映了復(fù)合材料的石墨化程度。總體而言，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(xiàn)報(bào)道的其他碳/磁基吸收劑的比較。

圖六：a)介電常數(shù)實(shí)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(jī)理示意圖。

圖七：a)磁導(dǎo)率實(shí)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(jī)構(gòu)（JST）及日本新能源和產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)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(shí)驗(yàn)中心主任、光學(xué)學(xué)科點(diǎn)負(fù)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(jī)能性色素（顯示器材料和機(jī)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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