宏觀結構設計與微觀材料設計的結合為開發(fā)先進的電磁波 (EMW) 吸收器提供了巨大的可能性。在此，作者提出了一種超材料設計來解決該領域的長期挑戰(zhàn)，包括窄帶寬、低頻瓶頸，尤其是緊迫的穩(wěn)健性問題（即傾斜和極化入射）。研究的吸收器采用半導體金屬有機骨架/鐵 2D/2D 組裝 (CuHT-FCIP)，具有豐富的晶體/晶體異質結和強磁電耦合網(wǎng)絡。該設計在厚度僅為 9.3 毫米的情況下，在很寬的范圍（2 至 40 GHz）內實現(xiàn)了出色的 EMW 吸收。值得注意的是，該吸收器在傾斜入射(75°以內)和極化(橫向電和橫向磁)條件下保持了穩(wěn)定的性能。此外，吸收器展示了高比壓縮強度(201.01 MPa·cm³·g?¹)和低密度(0.89 g·cm?³)。這一進展為開發(fā)具有優(yōu)越性能的魯棒電磁波吸收器提供了希望。
Fig 1. CuHT-FCIP-EP 超材料吸收器的制備示意圖。將 CuHT 和 FCIP 混合物浸入乙醇溶液中，然后進行水浴超聲處理，就合成了 CuHT-FCIP 2D/2D 組裝體。然后，按特定比例將 CuHT-FCIP 組裝體封裝在環(huán)氧樹脂中。最后，不同比例的 CuHT-FCIP 環(huán)氧樹脂在設計好的超材料模具中依次固化，制備出 CuHT-FCIP-EP 超材料。
Fig 2. | CuHT-FCIP 復合材料的結構特征。a CuHT、b FCIP 和 c CuHT-FCIP 復合材料的SEM圖像。 d-e Fe、Cu、C、O 和 S 的相應元素圖譜結果。 f 根據(jù)相應的離軸全息圖計算出的 FCIP-CuHT 夾層復合材料的磁通線分布（插圖）。
g CuHT-FCIP 夾層復合材料的AFM圖像。h CuHT、i FCIP 和 j CuHT-FCIP 復合材料結構沿 c 軸的視圖。 k 接觸面之間 CuHT-FCIP 的電荷密度差（綠松石色和亮黃色分別代表電子的減少和富集）。l CuHT 和 m FCIP 的狀態(tài)密度。n CuHT 和 o FCIP 的功函數(shù)。
Fig 3. | a-c 樣品 S1-S3 不同厚度下 RL 值與頻率的二維等值線圖。d-f 樣品 S1-S3 的介電損耗（tan
δε，紅色）和磁損耗（tan
δμ，藍色）曲線。g 樣品 S1-S3 的相對表面阻抗 (|Z
in/Z
0|)。h 樣品在 10 GHz 不同入射角下的模擬 RCS 值。 i EMW 吸收特性與最近報道的 MOFs 復合材料的比較。
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Fig 4. a 擬議吸收器示意圖、結構參數(shù)和制備的超材料樣品。 b 電磁有限元仿真得出的三層板坯模型（S1-S2-S3）隨頻率變化的功率損耗貢獻。插圖：仿真模型（10 × 10 毫米單元格）。c 超材料吸收體在 3.82 GHz 和 31.0 GHz 時的電場、磁場和功率損耗密度分布。 d-g 單層吸收體和超材料吸收體的史密斯圖（空心圓端代表 2 GHz，實心圓端代表 40 GHz；橙色陰影區(qū)域代表接近完美匹配阻抗（即 |Z| = 1）的歸一化阻抗周圍 31.6% 的波動范圍）。
Fig 5. a 超寬帶超材料吸收體的實驗反射率與模擬反射率對比。 b CuHT-FCIP-EP 超材料測試樣品照片。 c 基于 CuHT-FCIP 的超材料吸收體與一些典型三維超材料的性能對比。d-g 超材料吸收器在斜入射時的實驗反射率，入射角從 5°到 75°，在 TE 極化和 TM 極化下測量。h CuHT-FCIP-EP 超材料吸收器的多尺度吸收機制示意圖。 i 擬議超材料吸收器的密度性能。
相關研究工作由西北工業(yè)大學Jie Kong和Ruizhe Xing課題組于2024年共同在線發(fā)表在《Nat Commun》期刊上，2D/2D coupled MOF/Fe composite metamaterials enable robust ultra–broadband microwave absorption，原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-49762-4
轉自《石墨烯研究》公眾號
