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Nano Res.[单元]│中国计量大学王莹、高峰:仿生叶片结构应用于超薄电磁波吸收材料设计

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背景介绍


仿生学是一种从自然界的生物经过数百万年的演化过程中所形成的结构和功能中汲取灵感的研究方法。这一领域处于多个学科交汇的前沿,包括化学、材料科学、力学和生物学。随着电子通信设备的使用量急剧增加,电磁污染和电磁干扰问题也随之日益严重。因此,借鉴自然界的原理来发现和探究新的解决电磁问题的方法,不仅是当前科学研究中的一个重要课题,也是对创新方法的一种迫切需求。


成果简介


从自然界汲取智慧以设计新型功能材料,一直是一个迷人的研究主题。光同样是一种电磁波。植物叶片的结构展现了显著的光学特性,在捕集光线方面发挥着关键作用。叶片的表皮细胞可以聚焦光线,而细胞间隙则增强了光的反射和散射,这些特征有利于在叶片中形成高效的“光陷入”。受叶片结构的启发,我们提出在碳布表面设计和制造出仿生叶的次级结构,用作电磁波收集模块。具体来说,我们首先通过溶剂热法在碳布上实现了叶形SnS2的原位生长。随后,通过一个简单的空气煅烧处理(自上而下的合成),将碳布上的叶形SnS2转变为仿生叶状SnO2结构(bio-SnO2)。在碳布表面构建的SnO2仿生叶结构不仅增强了界面极化弛豫,还大幅提升了由SnO2和碳布构成的复合材料的特性阻抗匹配。这两个因素共同作用,使得bio-SnO2@CF复合材料具备了强大的“光陷入”功能。该bio-SnO2@CF复合材料在仅有1.2 mm的超薄厚度下就展示了最低达-54.8 dB的反射损耗,显示了其卓越的电磁波衰减性能。这一成果突显了在电磁波吸收材料中采用仿生结构设计的可行性,并为开发先进的超薄电磁波吸收材料提供了新的视角。

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作者简介


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王莹,博士,现任职于中国计量大学,担任讲师、硕士生导师,2019年获得哈尔滨工业大学化学工程与技术博士学位,主要研究方向为新型碳基材料在电磁波吸收领域的应用。作为第一作者或通讯作者,在Materials & Design、Chemical Engineering Journal、Journal of Materials Chemistry C、Carbon以及Polymers等多个学术期刊上发表了多篇论文,研究成果受到学术界的广泛认可,论文总引用次数超过961次。
邮箱:yingwang@cjlu.edu.cn
主页:https://clxy.cjlu.edu.cn/info/1208/4792.htm

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高峰,博士,任职于中国计量大学,讲师,硕士生导师,2018年获得华中科技大学光学工程博士学位,主要从事量子点、石墨烯衍生物、富勒烯衍生物等低维材料功能器件开发以及低维材料与光场相互作用等研究工作,主持和参与浙江省自然科学基金、国家自然科学基金、中国计量大学青年人才培育专项基金等多项科研项目。以第一作者以及通讯作者在Chemical Engineering Journal、Sensors and Actuators B-Chemical、Chinese Optics Letters、Optics Express等期刊发表多篇学术论文。
邮箱:gaofeng@cjlu.edu.cn
主页:https://gdxy.cjlu.edu.cn/info/2111/42161.htm


文章信息


Hou S, Wang Y, Gao F, et al. Biomimetic leaf structures for ultra-thin electromagnetic wave absorption. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-6305-7.




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