一维金属异质结构磁-介电协同增强低频微波吸收
【研究背景】
随着5G的广泛部署，S/C波段电磁干扰问题显著加剧，低频（2–8 GHz）微波吸收材料面临更高性能需求。然而，现有体系多针对中高频设计，在低频范围普遍存在吸收带宽受限、匹配厚度偏大，以及阻抗匹配与衰减能力难以兼顾等问题，其根本原因在于低频条件下介电与磁响应难以协同调控。尽管引入各向异性结构或磁-介电复合策略可在一定程度上改善性能，但仍受到Snoek极限及高导电性引发界面反射增强的制约，难以实现反射损耗、有效带宽与厚度之间的协同优化。此外，吸波过程中的能量转化伴随显著热积累，使材料在具备电磁损耗能力的同时兼顾高导热性能成为现实需求。一维金属材料因其优异的载流与导热特性被认为具有潜在优势，但传统链状或多晶结构受晶界散射影响，性能仍难以充分发挥。相比之下，高长径比单晶金属晶须更具潜力，但其制备与规模化应用仍存在挑战。近年来，基于MAX相A位元素自发析出及力化学分解的发展策略，为构筑多样化一维金属结构提供了新的技术路径。若进一步结合界面工程以优化电磁参数，有望实现低频阻抗匹配与能量耗散的协同调控，从而推动高性能低频吸波与热管理一体化材料的发展。
针对上述挑战，东南大学孙正明教授/张培根副教授团队基于力化学分解策略，构筑了表面原位氧化的Sn晶须，实现了优异的低频介电损耗。在此基础上，通过水热法在其表面原位生长片状CoNi，进一步构建了CoNi@SnO2@Sn多壳层一维异质结构。该体系通过磁-介电协同作用有效拓展了低频阻抗匹配区域，且片状CoNi引入增强了磁各向异性，提升自然共振效应；同时，多重CoNi/SnO2与Sn/SnO2界面诱导显著界面极化，并与Sn内核的导电损耗协同作用，显著强化低频电磁波衰减能力。受益于多机制协同调控，该材料在低频段表现出优异吸波性能，RLmin达-62.29 dB，EAB为2.2 GHz；在仅2.61 mm厚度下即可完全覆盖C波段（吸收率＞70%），体现出薄层条件下的强损耗与宽频响应优势。进一步将其引入TPU基体制备复合薄膜，其RLmin为-61.04 dB，EAB拓展至2.5 GHz。同时，复合膜面内与面外热导率分别提升至2.41和0.57 W·m-1·K-1，较纯TPU显著提高，实现了电磁吸收与热传导性能的协同优化。
该研究通过构建多壳层一维金属基异质结构，建立了磁-介电协同调控低频吸波的新路径，为高性能低频吸波/热管理一体化材料的设计提供了重要思路，并在5G通信与柔性电子领域展现出应用潜力。相关成果以“Magnetic-Dielectric Synergy in One-Dimensional Metal Heterostructures for Enhanced Low-Frequency Microwave Absorption”为题发表在国际期刊Nano-Micro Letters（IF=36.3）上。
图1.CNS多壳层一维异质结构的制备流程及其物相与表面化学组成表征。
图2. Sn晶须、CoNi及CNS的微观形貌。
图3. CNS在低频区的微波吸收性能及其RCS衰减表现。
图4.CNS的低频介电损耗机制。
图5. CNS的低频磁损耗机制与阻抗匹配特性。
图6.柔性CNS/TPU复合薄膜的力学性能、导热性能与低频吸波性能。
本工作通过力化学分解Ti2SnC MAX相构筑单晶Sn晶须，并结合原位SnO2界面与CoNi片层组装，构建多壳层CoNi@SnO2@Sn一维异质结构，实现磁损耗、导电损耗与界面极化的协同调控，从而在低频区兼顾阻抗匹配与强衰减能力。进一步制备的CNS/TPU柔性复合薄膜在保持优异吸波性能的同时显著提升热导率，实现电磁吸收与热管理一体化，为高性能吸波材料的设计及多功能应用提供了新的思路。
永乐高60net为该论文第一完成单位，博士生胡飞越为第一作者，孙正明教授、Johanna Rosen教授和张培根副教授为共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金和东南大学博士研究生创新能力提升计划的支持。
【文章链接】
Feiyue Hu, Peigen Zhang*, Pei Ding, Shuo Zhang, Bingbing Fan, Ali Saffar Shamshirgar, Wei Zheng, Wenwen Sun, Longzhu Cai, Haijiao Xie, Qiyue Shao, Johanna Rosen*, and ZhengMing Sun*. Magnetic-Dielectric Synergy in One-Dimensional Metal Heterostructures for Enhanced Low-Frequency Microwave Absorption. Nano-Micro Letters 2026, 18: 155. https://doi.org/10.1007/s40820-025-01995-8