將納米半導體集成到電磁波吸收材料中是一種非常理想的增強介電極化損耗的策略；實現高衰減微波吸收和深入理解介電損耗機制仍然是一項挑戰。本文將超細富氧空位 Nb2O5 半導體限制在碳納米片（ov-Nb2O5/CNS）中，以增強介電極化并實現高衰減。富氧空位的 Nb2O5 半導體極大地促進了 ov-Nb2O5/CNS 的極化弛豫、電磁響應和阻抗匹配，從而在 2.76 毫米處實現了 80.8 dB 的超高衰減性能（>99.999999% 波吸收率）。作為介電極化中心，豐富的 Nb2O5 碳雜界面可加劇界面極化損耗，從而加強介電極化，而氧空位的存在則賦予 Nb2O5 半導體豐富的電荷分離位點，從而加強電偶極子極化。此外，利用微計算機斷層掃描技術對吸收體進行三維重建，可以深入了解獨特的片狀形態在多重反射和散射耗散特性方面的強化作用。此外，ov-Nb2O5/CNS 通過固化成一種可吸收微波、可機加工的材料，展示了出色的應用潛力。
Fig 1. 二維 Nb2O5 和 NbC 納米粒子/碳納米片復合材料的合成示意圖。
Fig 2. a-Nb2O5 / CNS、ov-Nb2O5 / CNS、c-NbC / CNS 和 wc-NbC / CNS 復合材料的 a-d TEM 圖像、e-h 高分辨率 TEM 圖像和 i-l 晶格邊緣圖像。
Fig 3. (a) x射線衍射(XRD)圖和(b)高分辨率Nb 3d XPS譜圖；(c) a- Nb?O?/CNS和ov- Nb?O?/CNS的高分辨率O 1s XPS譜圖和(d)EPR譜圖；所有樣品的(e)拉曼光譜和(f)高分辨率C 1s XPS譜圖。
Fig 4. a-d 分別為 a-Nb2O5/CNS、ov-Nb2O5/CNS、c-NbC/CNS 和 wc-NbC/CNS 的三維反射損耗圖。ov-Nb2O5/CNS 與文獻中報道的其他吸收體的電磁波吸收特性比較：e 最小反射損耗與厚度的關系；f 最小反射損耗與有效吸收帶寬的關系。
Fig 5. 所有材料的(a)介電常數實部，(b)介電常數虛部，(c)衰減常數(α)。(d-f)ov-Nb?O?/CNS、c-NbC/CNS和wc-NbC/CNS的2D |Δ|值圖；(g)Nb?O?和NbC的結構；(h)Nb?O?和(i)NbC的能帶結構；ov-Nb?O?/CNS的(j)離軸電子全息圖和(k)雜散場通量線；wc-NbC/CNS的(l)離軸電子全息圖和(m)雜散場通量線。
Fig 6. (a-b)Nb?O?−碳構型和(d-e)NbC−碳構型的電荷密度分布；(c)Nb?O?−碳構型和(f)NbC−碳構型的平面平均靜電勢；(g)完美Nb?O?晶體的電荷密度分布和(h)ov-Nb?O?的電荷密度分布(黃色和藍色區域代表電子的聚集和離散)；(i-k)ov-Nb?O?/CNS−石蠟吸波體的CT三維重建圖像(深藍和灰色區域分別為ov-Nb?O?/CNS相和石蠟相)；(l)二維片狀ov-Nb?O?/CNS的多重散射和導電損耗機理示意圖。
Fig 7. (a)ov-Nb?O?/CNS-氰酸酯復合板的數碼照片；(b)ov-Nb?O?/CNS-氰酸酯復合板的三維反射損耗圖和(c)反射損耗等高線圖；(d-f)ov-Nb?O?/CNS-氰酸酯復合板在加熱平臺(160℃)上的熱紅外圖像。
相關研究工作由華東理工大學Donghui Long和Bo Niu課題組于2023年共同發表在《Nano-Micro Letters》期刊上，Ultrafine Vacancy-Rich Nb?O? Semiconductors Confined in Carbon Nanosheets Boost Dielectric Polarization for High-Attenuation Microwave Absorption，原文鏈接：
https://doi.org/10.1007/s40820-023-01151-0
轉自《石墨烯研究》公眾號
