将纳米半导体集成到电磁波吸收材料中是一种非常理想的增强介电极化损耗的策略；实现高衰减微波吸收和深入理解介电损耗机制仍然是一项挑战。本文将超细富氧空位 Nb2O5 半导体限制在碳纳米片（ov-Nb2O5/CNS）中，以增强介电极化并实现高衰减。富氧空位的 Nb2O5 半导体极大地促进了 ov-Nb2O5/CNS 的极化弛豫、电磁响应和阻抗匹配，从而在 2.76 毫米处实现了 80.8 dB 的超高衰减性能（>99.999999% 波吸收率）。作为介电极化中心，丰富的 Nb2O5 碳杂界面可加剧界面极化损耗，从而加强介电极化，而氧空位的存在则赋予 Nb2O5 半导体丰富的电荷分离位点，从而加强电偶极子极化。此外，利用微计算机断层扫描技术对吸收体进行三维重建，可以深入了解独特的片状形态在多重反射和散射耗散特性方面的强化作用。此外，ov-Nb2O5/CNS 通过固化成一种可吸收微波、可机加工的材料，展示了出色的应用潜力。
 
 
Fig 1. 二维 Nb2O5 和 NbC 纳米粒子/碳纳米片复合材料的合成示意图。
 

Fig 2. a-Nb2O5 / CNS、ov-Nb2O5 / CNS、c-NbC / CNS 和 wc-NbC / CNS 复合材料的 a-d TEM 图像、e-h 高分辨率 TEM 图像和 i-l 晶格边缘图像。
 

Fig 3. (a) x射线衍射(XRD)图和(b)高分辨率Nb 3d XPS谱图；(c) a- Nb₂O₅/CNS和ov- Nb₂O₅/CNS的高分辨率O 1s XPS谱图和(d)EPR谱图；所有样品的(e)拉曼光谱和(f)高分辨率C 1s XPS谱图。
 

Fig 4. a-d 分别为 a-Nb2O5/CNS、ov-Nb2O5/CNS、c-NbC/CNS 和 wc-NbC/CNS 的三维反射损耗图。ov-Nb2O5/CNS 与文献中报道的其他吸收体的电磁波吸收特性比较：e 最小反射损耗与厚度的关系；f 最小反射损耗与有效吸收带宽的关系。
 
 
Fig 5. 所有材料的(a)介电常数实部，(b)介电常数虚部，(c)衰减常数(α)。(d-f)ov-Nb₂O₅/CNS、c-NbC/CNS和wc-NbC/CNS的2D |Δ|值图；(g)Nb₂O₅和NbC的结构；(h)Nb₂O₅和(i)NbC的能带结构；ov-Nb₂O₅/CNS的(j)离轴电子全息图和(k)杂散场通量线；wc-NbC/CNS的(l)离轴电子全息图和(m)杂散场通量线。
 
 
Fig 6. (a-b)Nb₂O₅−碳构型和(d-e)NbC−碳构型的电荷密度分布；(c)Nb₂O₅−碳构型和(f)NbC−碳构型的平面平均静电势；(g)完美Nb₂O₅晶体的电荷密度分布和(h)ov-Nb₂O₅的电荷密度分布(黄色和蓝色区域代表电子的聚集和离散)；(i-k)ov-Nb₂O₅/CNS−石蜡吸波体的CT三维重建图像(深蓝和灰色区域分别为ov-Nb₂O₅/CNS相和石蜡相)；(l)二维片状ov-Nb₂O₅/CNS的多重散射和导电损耗机理示意图。
 

Fig 7. (a)ov-Nb₂O₅/CNS-氰酸酯复合板的数码照片；(b)ov-Nb₂O₅/CNS-氰酸酯复合板的三维反射损耗图和(c)反射损耗等高线图；(d-f)ov-Nb₂O₅/CNS-氰酸酯复合板在加热平台(160℃)上的热红外图像。
 
        相关研究工作由华东理工大学Donghui Long和Bo Niu课题组于2023年共同发表在《Nano-Micro Letters》期刊上，Ultrafine Vacancy-Rich Nb₂O₅ Semiconductors Confined in Carbon Nanosheets Boost Dielectric Polarization for High-Attenuation Microwave Absorption，原文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-023-01151-0

转自《石墨烯研究》公众号