科學(xué)研究

化工學(xué)院黃文歡教授團(tuán)隊(duì)在《Advanced Functional Materials》上發(fā)表設(shè)計(jì)原位機(jī)械發(fā)泡法組裝多孔吸波材料的研究成果

2024-10-14 10:37 文/化工學(xué)院 姬占有 圖/黃文歡 點(diǎn)擊:[]

在現(xiàn)代科技快速發(fā)展的背景下,電磁波吸收材料的研究成為了科學(xué)界關(guān)注的重點(diǎn)之一。特別是在軍事、通信和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域,高效能、輕量化電磁波吸收材料的需求日益增長(zhǎng)。碳化鉬(MoC)復(fù)合材料,由于其卓越的界面極化能力,正逐漸嶄露頭角,成為一種極具潛力的超輕電磁波吸收材料。然而,盡管MoC復(fù)合材料展現(xiàn)出了良好的電磁波吸收性能,但其制備過程卻面臨諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)方法往往復(fù)雜、成本高且難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),這限制了該類材料的實(shí)際應(yīng)用。

為了解決上述問題,陜西科技大學(xué)黃文歡教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種簡(jiǎn)便且可擴(kuò)展實(shí)施的策略,即利用ZnMo-HZIF材料,通過球磨發(fā)泡和高溫煅燒工藝,成功構(gòu)建出多氮摻雜的MoC/NC三維泡沫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。這項(xiàng)工作提出了關(guān)于結(jié)構(gòu)和組分對(duì)電磁波吸收性能協(xié)同效應(yīng)的新視角,并為制備輕質(zhì)高性能MOF基電磁波吸收材料提供了新方法。相關(guān)工作在《Advanced Functional Materials》期刊上以“In situ Mechanical Foaming of Hierarchical Porous MoC for Assembling Ultra-light, Self-cleaning, Heat-insulation, Flame-retardant, and Infrared-stealth Device”為題發(fā)表。

在室溫下通過球磨和煅燒工藝合成EWAMs的工藝示意圖

不同球磨方法對(duì)HT系列和HM系列結(jié)構(gòu)特征的影響

界面極化機(jī)理分析

HT材料系列和HM材料系列的電磁模擬

電磁波吸收機(jī)制示意圖、疏水應(yīng)用示意圖及傳熱機(jī)制與應(yīng)用示意圖

文章亮點(diǎn)包括:通過機(jī)械球磨的方法制備出泡沫結(jié)構(gòu),為材料內(nèi)部帶來了顯著的孔隙,這種泡沫結(jié)構(gòu)使得入射電磁波能夠發(fā)生多次反射,為波的傳播提供了眾多路徑;高度石墨化可以誘發(fā)高效的電子遷移和跳躍,加速電導(dǎo)率的損失和電磁波的吸收。在外加電磁場(chǎng)的作用下,MoC/NC異質(zhì)界面中存在的大量氮原子會(huì)導(dǎo)致更多的界面/偶極子極化;碳基質(zhì)中的鉬缺陷會(huì)破壞電荷分布平衡,促進(jìn)偶極子極化和電磁波能量的耗散。因此,優(yōu)異的電磁吸收性能來源于泡沫多級(jí)孔結(jié)構(gòu)、多個(gè)異質(zhì)界面、鉬缺陷及大量摻雜原子之間的協(xié)同效應(yīng);設(shè)計(jì)出的裝置經(jīng)過簡(jiǎn)單的浸漬和高溫還原過程后,表現(xiàn)出優(yōu)異的疏水性、阻燃性和紅外隱身特性。

原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202414910

新聞小貼士:

黃文歡,主要從事多氮唑雜化框架的設(shè)計(jì)合成,能源存貯及轉(zhuǎn)化、電磁波吸收屏蔽、固態(tài)電池關(guān)鍵材料的應(yīng)用研究。擔(dān)任《EcoMat》顧問委員會(huì)成員、《Rare Metals》、《稀有金屬》中英兩刊青年編委;《Tungsten》青年編委;《Rare Metal Materials and Engineering》《稀有金屬材料與工程》中英兩刊青年編委;《Chinese Journal of Structural Chemistry 》(《結(jié)構(gòu)化學(xué)》)青年編委,入選“2023年、2024年度全球前2%頂尖科學(xué)家榜單”,陜西省特支計(jì)劃-青年拔尖人才、陜西省科技新星等人才計(jì)劃項(xiàng)目4項(xiàng),近年來主持國(guó)家項(xiàng)目2項(xiàng)、省部級(jí)各類科研項(xiàng)目十余項(xiàng),獲得陜西省高??茖W(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)(第1完成人)1項(xiàng)。在Angew Chem. Int. Ed.(2篇)、Advanced Materials(2篇)、Advanced Functional Materials(3篇)、Advanced Science(1篇)等國(guó)際期刊上發(fā)表SCI論文70余篇,其中受邀撰寫綜述6篇,高被引論文13篇,熱點(diǎn)論文3篇。擁有國(guó)家發(fā)明專利34余件,其中4件實(shí)現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)化。曾主辦參辦多項(xiàng)學(xué)術(shù)會(huì)議,受邀在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議上作報(bào)告30余次。

(核稿:黃文歡 編輯:劉倩)

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