随着无线通信和电子设备的飞速发展,电磁污染问题日益严重,亟需开发高性能的微波吸收材料。理想的吸波材料需同时满足两个看似矛盾的要求:优异的阻抗匹配和强大的衰减能力。传统材料如碳基材料虽介电损耗强,但高电导率常导致阻抗失配;铁氧体虽然提供磁损耗,但高频应用受限。近年来,研究者发现构建分级多孔结构可优化阻抗匹配,而引入异质界面能增强极化损耗。然而,在同一材料体系中协同构筑宏观/微观孔隙与异质骨架仍面临巨大挑战。自然界中,蝴蝶翅膀的精巧结构——定向微通道与周期性纳米脊为电磁波操控提供了绝佳蓝图。
受蝴蝶翅膀启发,内蒙古科技大学赛华征教授与南京信息工程大学邵高峰教授合作带领研究团队采用冷冻铸造法,以Gd基亚纳米线和Bi基亚纳米线为构筑单元,成功制备了具有定向微通道和纳米级脊状结构的气凝胶(GdBi)。经高温热解后,气凝胶内部形成了无定形/结晶异质纳米域(Gd₂MoO₆/金属Bi),并构建了肖特基异质界面。
该工作的核心在于以单一材料设计出富含异质纳米域的“类蝴蝶翅膀”的仿生多级孔结构:丰富的孔隙使电磁波在大入射角下发生额外的散射;这些孔隙犹如共振腔,扭曲其表面的电磁场,从而产生多重振荡与衍射效应。大量的异质纳米域形成了多种异质界面,为电磁波在材料内部发生界面极化奠定了基础。另外,Bi-SNWs的加入,成功引入了肖特基界面,降低了电荷转移的能量势垒,促进了电荷转移,增强了传导损耗。Bi-SNWs在热处理过程中产生了Gd₂MoO₆,赋予了磁损耗特性。磁损耗与多重散射损耗、介电损耗协同作用,使材料实现了对电磁波的宽频吸收。本研究为设计富含异质界面的吸波材料提供了新思路,并提出了一种基于亚纳米材料开发高性能电磁波衰减系统的策略性方法,彰显了其在电磁防护应用中的巨大潜力。

