具有SiO₂透射层的非均质三维FeSiAl@SiO₂@MoS₂复合材料增强电磁波吸收性能

韩艺格,陈枫*,傅强*

在通信技术领域，电磁波对信息安全、人类健康、自然环境和军事装备的威胁日益严重。电磁波吸收材料通过吸收和消散电磁波在解决这些问题方面发挥着至关重要的作用。然而，材料的吸收性能往往受到阻抗匹配不良的限制，可以通过引入非均质结构来优化。本文采用Stöber和水热法制备了三维核壳结构的FeSiAl@SiO₂@MoS₂，并研究了二氧化硅(SiO₂)含量对电磁波吸收性能的影响。SiO₂作为一种波透明材料，可以扩大电磁波的入射面积，使更多的电磁波进入吸收器内部，从而优化阻抗匹配，提高电磁波吸收性能。均匀分散SiO₂的复合材料在1.96和1.86 mm处的反射损耗最小(RL_min)，有效吸收带宽最大(EAB_max)分别为- 66.8 dB和5.22 GHz (RL < - 10 dB)，覆盖了90%以上的卫星广播和卫星通信Ku波段(12.4-18 GHz)。此外，CST仿真验证了平板和无人机模型的雷达截面(RCS)分别在14.24 GHz和10 GHz时显着降低。SiO₂的引入为电磁波吸收材料的设计提供了一个新的视角。

图1 FeSiAl@SiO₂@MoS₂/SR复合材料的合成路线图

为了增强FeSiAl和MoS₂之间的阻抗匹配，我们使用透明的SiO₂中间层构建了三维非均质结构。采用Stöber法制备和水热合成方法在FeSiAl表面生长SiO₂微球和由MoS₂纳米片组成的花状纳米球，得到三维核壳状FeSiAl@SiO₂@MoS₂微球。通过调整波透明层内SiO₂含量和MoS₂纳米球的包覆度，可以制备出结构完整、界面丰富的复合材料。该方法为超薄高性能电磁波吸收材料的制备提供了一种新颖可行的方法。

图2FeSiAl@SiO₂@MoS₂的（a）TEM图、（b-e）Mo、Si、O和Fe元素的EDS图、（f-j）HRTEM图

图3（a）具有电磁波吸收涂层结构的无人机模型、无人机在10 GHz下（b，d）水平极化和（c，e）垂直极化的二维正视图和俯视图RCS曲线

图4 FeSiAl@SiO₂@MoS₂的微波吸收机理示意图

本研究提出了一种简单而有效的吸波材料结构设计策略，将介电材料和磁性材料与适量透波材料相结合。这种组合扩展了电磁波在吸收体内部的传播路径，产生了合适的电磁参数值。

相关成果以“Heterogeneous three-dimensional FeSiAl@SiO₂@MoS₂ composite with a SiO₂wave transmitting layer for enhanced electromagnetic wave absorption performance” 发表在Journal of Materials Chemistry A 上。文章第一作者为四川大学高分子科学与工程学院硕士生韩艺格， 通讯作者为四川大学高分子科学与工程学院陈枫教授和傅强教授。

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ta/d4ta04820b