Carbon Energy：课题组博士生胡飞越在Ti₂SnC MAX相基础上开发新型Sn@C晶须，实现超宽带电磁波吸收
【研究背景】
近年来，5G、智能手机等无线数字通信技术在全球范围内的快速发展，给民用和军用电子设备带来了严重的电磁波污染威胁。为了解决日益严重的电磁污染问题，研究者们积极开发具有薄厚度、低密度、宽吸收频率范围和强吸收特性的高效电磁波吸收剂。在这些候选材料中，一维（1D）金属因其卓越的导电性和易于形成网络的特性，成为电磁（EM）能量衰减的理想选择。然而，1D金属规模化制备存在挑战，且成本较高；同时，单一的能量损耗模式和高电导率引起的阻抗失配阻碍了材料对电磁波的有效耗散。
针对上述问题，东南大学孙正明教授/张培根副教授等通过MAX相的力化学分解和简单的分离策略，规模化制备出Sn晶须；随后通过在晶须表面聚合多巴胺并在氩气中退火，创建了一维tin@carbon（Sn@C）电缆结构。此电缆结构不仅优化了阻抗匹配，还引入异质结，增加了衰减模式。Sn@C的电磁波吸收（EMA）性能明显优于未涂覆的Sn晶须，有效吸收带宽达到7.4 GHz。此外，其最大雷达横截面（RCS）缩减值为27.85 dB m2，表明其卓越的隐身能力。EMA性能的增强首先归因于阻抗匹配的优化，与此同时，Sn@C电缆结构具有丰富的SnO2/C和Sn/SnO2异质界面和缺陷，增强了界面和缺陷引起的极化损失。这项工作为一维吸波器的宽频化研究提供了见解，推动了电磁防护材料的发展。该研究以“Novel cable-like tin@carbon whiskers derived from the Ti2SnC MAX phase for ultra-wideband electromagnetic wave absorption”为题发表在国际期刊Carbon Energy（IF = 19.5）上，东南大学材料学院博士研究生胡飞越为该工作的第一作者，通讯作者为东南大学孙正明教授、张培根副教授。
【图文解析】
图1 Sn@C电缆结构的制备示意图以及物相和形貌表征
图2 Sn和Sn@C晶须的TEM、HRTEM和EDS表征
图3 Sn和Sn@C晶须（不同碳层厚度）的吸波性能
图4 Sn@C晶须（不同碳化温度）的物相、形貌和吸波性能
图5 Sn和Sn@C晶须的阻抗匹配、电磁特性和离轴全息图
图6 Sn@C晶须的RCS分析以及吸波机理示意图
本工作通过力化学分解Ti2SnC MAX相高效制备Sn晶须，并进行了碳包封工艺。Sn@C700-2样品的RLmin值为-40.52 dB, EAB扩宽至7.4 GHz，具有超宽带吸收能力。随着碳化温度的升高，Sn@C800-2样品的RLmin值降至-54.22 dB，在厚度仅为1.5 mm的情况下，吸收率超过99.999%。多壳层改善了材料的阻抗匹配，而一维Sn核为电子转移提供了轴向快速通道。富含缺陷的氮掺杂碳作为极化中心，产生缺陷诱导极化，从而耗散电磁波。此外，在晶须径向方向上，SnO2层与C壳和Sn核形成SnO2/C和Sn/SnO2异质界面，增强了界面极化损耗。该工作对宽带吸波材料的开发及其机理的研究具有重要的指导意义。
东南大学材料科学与工程学院为该论文第一完成单位，博士生胡飞越为第一作者，张培根副教授和孙正明教授为共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金和东南大学博士研究生创新能力提升计划的支持。
【文章信息】
Feiyue Hu, Pei Ding, Fushuo Wu, Peigen Zhang*, Wei Zheng, Wenwen Sun, Rui Zhang, Longzhu Cai, Bingbing Fan, and ZhengMing Sun*, Novel cable‐like tin@carbon whiskers derived from the Ti2SnC MAX phase for ultra-wideband electromagnetic wave absorption. Carbon Energy, 2024; e638.
DOI：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cey2.638