宏观结构设计与微观材料设计的结合为开发先进的电磁波 (EMW) 吸收器提供了巨大的可能性。在此，作者提出了一种超材料设计来解决该领域的长期挑战，包括窄带宽、低频瓶颈，尤其是紧迫的稳健性问题（即倾斜和极化入射）。研究的吸收器采用半导体金属有机骨架/铁 2D/2D 组装 (CuHT-FCIP)，具有丰富的晶体/晶体异质结和强磁电耦合网络。该设计在厚度仅为 9.3 毫米的情况下，在很宽的范围（2 至 40 GHz）内实现了出色的 EMW 吸收。值得注意的是，该吸收器在倾斜入射(75°以内)和极化(横向电和横向磁)条件下保持了稳定的性能。此外，吸收器展示了高比压缩强度(201.01 MPa·cm³·g⁻¹)和低密度(0.89 g·cm⁻³)。这一进展为开发具有优越性能的鲁棒电磁波吸收器提供了希望。
 
  
Fig 1. CuHT-FCIP-EP 超材料吸收器的制备示意图。将 CuHT 和 FCIP 混合物浸入乙醇溶液中，然后进行水浴超声处理，就合成了 CuHT-FCIP 2D/2D 组装体。然后，按特定比例将 CuHT-FCIP 组装体封装在环氧树脂中。最后，不同比例的 CuHT-FCIP 环氧树脂在设计好的超材料模具中依次固化，制备出 CuHT-FCIP-EP 超材料。
 

Fig 2. | CuHT-FCIP 复合材料的结构特征。a CuHT、b FCIP 和 c CuHT-FCIP 复合材料的SEM图像。 d-e Fe、Cu、C、O 和 S 的相应元素图谱结果。 f 根据相应的离轴全息图计算出的 FCIP-CuHT 夹层复合材料的磁通线分布（插图）。
g CuHT-FCIP 夹层复合材料的AFM图像。h CuHT、i FCIP 和 j CuHT-FCIP 复合材料结构沿 c 轴的视图。 k 接触面之间 CuHT-FCIP 的电荷密度差（绿松石色和亮黄色分别代表电子的减少和富集）。l CuHT 和 m FCIP 的状态密度。n CuHT 和 o FCIP 的功函数。
 

Fig 3. | a-c 样品 S1-S3 不同厚度下 RL 值与频率的二维等值线图。d-f 样品 S1-S3 的介电损耗（tanδ_ε，红色）和磁损耗（tanδ_μ，蓝色）曲线。g 样品 S1-S3 的相对表面阻抗 (|Z_in/Z₀|)。h 样品在 10 GHz 不同入射角下的模拟 RCS 值。 i EMW 吸收特性与最近报道的 MOFs 复合材料的比较。
 
 
Fig 4. a 拟议吸收器示意图、结构参数和制备的超材料样品。 b 电磁有限元仿真得出的三层板坯模型（S1-S2-S3）随频率变化的功率损耗贡献。插图：仿真模型（10 × 10 毫米单元格）。c 超材料吸收体在 3.82 GHz 和 31.0 GHz 时的电场、磁场和功率损耗密度分布。 d-g 单层吸收体和超材料吸收体的史密斯图（空心圆端代表 2 GHz，实心圆端代表 40 GHz；橙色阴影区域代表接近完美匹配阻抗（即 |Z| = 1）的归一化阻抗周围 31.6% 的波动范围）。
 
 
Fig 5. a 超宽带超材料吸收体的实验反射率与模拟反射率对比。 b CuHT-FCIP-EP 超材料测试样品照片。 c 基于 CuHT-FCIP 的超材料吸收体与一些典型三维超材料的性能对比。d-g 超材料吸收器在斜入射时的实验反射率，入射角从 5°到 75°，在 TE 极化和 TM 极化下测量。h CuHT-FCIP-EP 超材料吸收器的多尺度吸收机制示意图。 i 拟议超材料吸收器的密度性能。
 
        相关研究工作由西北工业大学Jie Kong和Ruizhe Xing课题组于2024年共同在线发表在《Nat Commun》期刊上，2D/2D coupled MOF/Fe composite metamaterials enable robust ultra–broadband microwave absorption，原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49762-4

转自《石墨烯研究》公众号