用户速递丨Nano-Micro Letters：新型手性-介电-磁性泡沫解锁低频微波吸收新机制

基于5G技术的电子设备为生活带来极大便利，现有高性能微波吸收材料多集中于10-18GHz高频段，但其低频段（2-10GHz，尤其C波段4-8GHz）电磁辐射干扰问题日益凸显，如何拓展低频吸收带宽成为关键挑战。研究揭示磁性材料在低频微波领域受Snoke极限制约，常通过几何调控设计非对称磁各向异性结构及纳米磁异质界面突破该限制，显著提升磁导率。碳纳米线圈（CNCs）凭借其三维螺旋手性模板特性，既可通过适度导电性优化阻抗匹配，又能诱导磁组分非对称分布，为构建轻量化宽频5G电磁防护材料提供创新思路，因此被认为是构建手性磁性吸收体的优良材料。

构建基于碳纳米线圈（CNC）的手性-介电-磁三位一体复合材料被认为是实现优异低频微波吸收的一种有前途的方法。然而，进一步增强低频微波吸收和阐明相关损耗机制仍然是一个挑战。近日，大连理工大学物理学院潘路军教授团队在《Nano-Micro Letters》期刊发表题为《Multifunctional Carbon Foam with Nanoscale Chiral Magnetic Heterostructures for Broadband Microwave Absorption in Low Frequency》的研究论文。

本文首先在三维碳泡沫上合成了手性CNC，然后与FeNi/NiFe₂O₄纳米颗粒结合形成一种新型手性-介电-磁性三位一体泡沫。三维多孔碳泡沫网络具有良好的阻抗匹配和强传导损耗。金属/碳界面的形成引起了界面极化损失，密度泛函理论计算证实了这一点。进一步的磁导率分析表明，纳米级手性磁异质结构具有磁钉钉和磁耦合效应，增强了磁各向异性和磁损耗能力。由于介质性、手性和磁性的协同作用，三位一体复合泡沫具有优异的微波吸收性能实现了全C波段覆盖。该研究为实现宽带微波吸收的手性-介电-磁三位一体复合材料的微观结构设计提供了进一步的指导。

图五：CCF和FCCF复合材料的介电常数及拉曼光谱。

CCF和FCCF复合材料的拉曼光谱均在1340.1 cm^-1和1580.8 cm^-1处出现D带和G带两个特征峰，表明材料具有石墨结构。一般来说，D波段与G波段的强度之比（I_D/I_G）代表了石墨结构的石墨化程度。与CF和FCF样品相比，CCF和FCCF样品的I_D/I_G值更低，证实了CNC的引入促进了石墨化程度，提高了电子传递能力。CF样品的I_D/I_G值较高，说明石墨化程度较差。因此，CF样品的电子输运能力非常弱。

图六：CCF和FCCF复合材料的磁导率分析及微磁学模拟图。