【Carbon插图作品】南京邮电大学:基于MIL-88A/PAN衍生物的交叉嵌套阶梯超材料宽带微波吸收器

MOF /碳衍生物在电磁吸收领域展现出广阔的应用前景。当前，将人工设计结构与电磁波吸收材料相结合，是显著扩展有效吸收带宽（EAB）的关键策略。本研究通过整合仿真设计、实验验证和机理分析，成功制备了基于MIL-88A/PAN衍生物的交叉嵌套阶梯型超材料。所制备的超材料吸收器凭借人工结构的多重损耗机制与材料损耗特性，展现出卓越性能（7毫米波长下13GHz EAB 的最小反射损耗RLmin为−23.1 dB）。具体而言，MIL-88A/PAN衍生物通过填料的本征损耗消耗电磁能量，而优化阻抗匹配和调控电磁场则使设计的超材料具备更宽的带宽。此外，其入射角无关性（±75°）和偏振不敏感性（TE与TM模式）均表明该材料在实际应用中的潜力。本研究为超材料吸收器提供了通用框架，其在 EMW 衰减领域具有潜在应用价值。

图1基于PAN/MIL-88A衍生物的交叉嵌套阶梯超材料吸收体流程图

基于MIL-88A/PAN衍生物的交叉嵌套阶梯超材料吸收体的吸收机制

上图为西西智研制作

图2.(a–c) PAN/MIL-88A前驱体的图片及(d) PAN/MIL-88A；(e) 多孔PAN薄膜的SEM图像；(f–g) MIL-88A的SEM图像；(h1-h3) 不同厚度PAN/MIL-88A前驱体的横截面形貌；(i1-i3) MIL-88A/PAN衍生物(APM1-APM3)的横截面形貌；(j1-j3) MIL-88A/PAN衍生物(APM1-APM3)的SEM图像；(k) MIL-88A/PAN衍生物(APM2)的EDS图像。

图3. (a)MIL-88A的 XRD 模式；(b)MIL-88A/PAN衍生物(APM1-APM3)的拉曼光谱；(c)MIL-88A/PAN衍生物(APM1-APM3)的热重分析；(d-f)APM2的 XPS 光谱、Fe2p光谱、C1s光谱、O1s光谱。

图4.(a–c) APM1-APM3的 ε ‘、 ε ’‘及 tanδε ；(d–f) APM1-APM3的 μ ′、 μ ’‘及 tanδμ ；(g–i) APM1-APM3的阻抗匹配；(j–l) APM1-APM3的计算RL

图5.(a) 交叉嵌套阶梯单元；(b–h) 参数扫描

图6.(a) 交叉嵌套阶梯单元；(b–h) 参数扫描

图7.(a–d) 基于MIL-88A/PAN衍生物的交叉嵌套阶梯超材料与PEC的RSC值；(e-h) 基于MIL-88A/PAN衍生物的交叉嵌套阶梯超材料的二维散射特性；(i-l) 基于MIL-88A/PAN衍生物的交叉嵌套阶梯超材料在4 GHz、8 GHz、12 GHz和16 GHz频率下的计算方向图。

本研究提出了一种基于人工工程结构损耗与材料损耗（MOF /碳衍生物）的超宽带、入射角无关微波吸收器策略。 MOF /碳基衍生物在电磁吸收领域展现出广阔的应用前景。MIL-88A/PAN衍生物卓越的 EMW 吸收性能源于其独特的中空结构，该结构通过多重反射散射、界面/偶极极化效应以及增强的介电与磁损耗能力，显著提升了材料的电磁吸收性能。源自MIL-88A的磁性纳米颗粒通过磁损耗与介电损耗的协同效应，进一步优化了 EMW 吸收特性。此外，化学偶联诱导的偶极极化效应也增强了材料的电磁吸收性能。通过结合人工 EMW 吸收材料（材料损耗）实现结构（人工结构损耗），这种交叉嵌套阶梯式超材料展现出卓越的 EMW 吸收性能（在7毫米波长下，13GHz超宽带 EAB 的最小反射损耗（RLmin）达到−23.1dB）。研究发现，APM2组件负责衰减电磁能量，而超材料结构主要通过阻抗匹配优化和电磁场调控实现宽带吸收。该材料具有±75°的广角适应性和偏振不敏感性（TE和TM）。本研究为超材料吸收器提供了通用框架，其在 EMW 衰减领域具有潜在应用价值。

本文内容来自期刊Carbon 248 (2026) 121172。 以MIL-88A/PAN-derivatives based cross-nested-stepped metamaterial for broadband and incident angle independent microwave absorber为题的文章。文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2025.121172

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