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近日， 南京理工大學(xué)張根、蘇劍教授課題組 在 可控電磁波吸收領(lǐng)域取得關(guān)鍵進(jìn)展 ，該工作受金屬有機(jī)框架材料（MOF）的原子協(xié)調(diào)特性及雙金屬合金化策略啟發(fā)， 使用本征二維導(dǎo)電MOF，M3(HITP)2 (M = Co、Ni、Cu)作為電磁波吸收劑，實(shí)現(xiàn)了高效電磁波吸收 。在此基礎(chǔ)之上，依托MOF材料的定制功能化特性，合成了一系列雙金屬M(fèi)OF, MxM3-x(HITP)2，通過金屬有機(jī)框架中的原子調(diào)諧實(shí)現(xiàn)了電磁波吸收性能的飛躍突破及吸收頻段的可控調(diào)節(jié)。這將是該領(lǐng)域向可定制功能化步驟邁出的關(guān)鍵一步。其相關(guān)成果在國際期刊《 Advanced Functional Materials 》上發(fā)表。我校為第一通訊單位。 2021級博士生陳聰杰為論文第一作者 ，張根教授和蘇劍教授為通訊作者。

成果簡述：通信技術(shù)的快速發(fā)展，特別是5G技術(shù)的出現(xiàn)，標(biāo)志著人類社會開始進(jìn)入萬物互聯(lián)時(shí)代，以千兆赫（GHz）頻率為代表的智能設(shè)備廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中。因此，具有高吸收、寬頻率、薄厚度、低填充和柔性可控的電磁波吸收材料越來越受到關(guān)注。傳統(tǒng)的電磁波（EMW）吸收材料，雖然表現(xiàn)出優(yōu)異的吸收效率，但可控性有限。此外，阻礙傳統(tǒng)微波吸收材料（MAM）發(fā)展的關(guān)鍵因素是缺乏精確可控的原子分辨晶體結(jié)構(gòu)，這阻礙了對其機(jī)理的理解和進(jìn)一步的后合成改性。開發(fā)能夠解決上述問題的新型電磁波吸收材料仍然是一個(gè)巨大的難題。

金屬有機(jī)框架（MOFs）由于其美觀的結(jié)構(gòu)、精確的定制功能、大的孔隙率和高比表面積等特點(diǎn)，可用于可調(diào)諧EMW吸收材料。然而，大多數(shù)MOFs較差的導(dǎo)電性阻礙了它們的EMW吸收性能，使得本征MOF在EMW吸收方面的直接應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)。為了提高M(jìn)OFs的介電損耗，通常采用兩種策略：將MOFs碳化為碳基材料和與具有優(yōu)異電磁特性的材料復(fù)合形成MOF復(fù)合物。不幸的是，高溫下的碳化和孔道中客體分子的限制極易導(dǎo)致框架坍塌并降低孔隙率。此外，通常不可能預(yù)測這些MOF衍生物的原子分辨結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊峤夂拖拗频牟淮_定性進(jìn)一步限制了對結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系的理解。

鑒于此，本團(tuán)隊(duì)認(rèn)為本征二維共軛金屬有機(jī)框架（2D c-MOFs）可能是可控高效EMW吸收的最佳候選者。 首先，2D c-MOFs通常是半導(dǎo)體，具有適度的電遷移率，使其能夠在不經(jīng)歷強(qiáng)趨膚效應(yīng)的情況下保持傳導(dǎo)損耗。其次，MOFs的多孔結(jié)構(gòu)是一個(gè)自然特征，它擴(kuò)展了電磁波的反射路徑，從而增加了吸收。第三，多種金屬離子、末端官能團(tuán)和晶界的結(jié)合產(chǎn)生了豐富的極化損耗。更重要的是，MOFs的網(wǎng)狀合成有利于通過增大電磁損耗和調(diào)整匹配特性來提高EMW的吸收性能。 為了驗(yàn)證我們的猜想，我們通過簡單水熱法合成了2D cMOF,M3(HITP)2(M = Co、Ni、Cu)，并通過雙金屬合金化策略合成了一系列雙金屬M(fèi)OF，MxM3-x(HITP)2，在調(diào)控之下， (HITP)2在厚度僅為 mm時(shí)的最小反射損耗（RL）值高達(dá)-,有效吸收帶寬（EAB）為 GHz（–18 GHz），覆蓋了整個(gè)Ku波段（12–18 GHz） 。與MOF衍生物甚至常規(guī)吸收材料相比，(HITP)2的綜合性能名列前茅。令人鼓舞的是，可以通過調(diào)控金屬比來實(shí)現(xiàn)對CuxNi3-x(HITP)2的電磁參數(shù)和吸收峰位的精細(xì)控制。這些發(fā)現(xiàn)證明了本征雙金屬M(fèi)OF從組成、微觀結(jié)構(gòu)、介電性能到EMW吸收性能的全面可控性，為本征導(dǎo)電2D MOFs用于高效調(diào)諧電磁波吸收器提供了新的見解。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金、江蘇省杰出青年基金、中央高?；A(chǔ)科研業(yè)務(wù)費(fèi)和軟化學(xué)與功能材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持，機(jī)械學(xué)院謝阿明副研究員、電光學(xué)院陶詩飛研究員以及京都大學(xué)北川進(jìn)教授和堀毛吾史教授對該工作給予很大的幫助。

來源：南京理工大學(xué)

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