MOF | 南京航空航天大学姚正军AM:可控刻蚀制备MOF衍生 FeNi/C 复合吸波材料

南京航空航天大学姚正军教授及合作者以 Co-MOF 为前驱体，分别采用 Ni²⁺、Fe³⁺单步刻蚀与 Ni/Fe 连续刻蚀、原位竞争配位多套策略，区分原子诱导重构与定向破坏重构两种刻蚀机制，构筑含中空多级孔、丰富氧缺陷的 FeNi/C 磁性介电复合吸波材料，最优样品 NF-2 在 1.97 mm 超薄厚度下实现 7.13 GHz 有效吸收带宽，结合 DFT、COMSOL、CST 多尺度模拟阐明中空结构、异质界面协同增强极化损耗与阻抗匹配的内在机理，并拓展一维、二维 MOF 刻蚀体系与器件雷达散射截面仿真验证实用隐身潜力。相关工作发表在Advanced Materials。

电子设备普及加剧电磁污染，吸波材料通过电磁能转热能实现绿色防护，其性能依赖阻抗匹配与损耗能力协同，但多尺度复合结构演化耦合严重，构效关系难以清晰解析。刻蚀工程可一步构建多级孔与丰富异质界面，强化极化损耗；但刻蚀过程溶解、扩散、柯肯达尔效应多机制耦合，离子种类对原子电子态、微观形貌的调控规律尚不明确。传统单一金属衍生碳基吸波材料损耗机制单一，难以兼顾超薄、宽带需求。本文以结构可控 Co-MOF 为模型，对比 Ni²⁺、Fe³⁺刻蚀的差异化重构路径，区分原位配位与刻蚀竞争两种重构模式，建立原子 - 纳米 - 微米多尺度协同调控策略，为高性能 MOF 基吸波材料精准设计提供理论支撑。

水相室温合成三维 Co-MOF 前驱体，分别采用不同浓度 Ni²⁺、Fe³⁺乙醇溶液单步刻蚀，以及先 Ni 刻蚀再 Fe 连续刻蚀、金属盐原位共沉淀竞争配位制备系列前驱；700 ℃氮气管式炉碳化得到合金碳复合材料，同步调控金属配比分比制备一维、二维 Co-MOF 并完成刻蚀改性；利用 XRD、SEM、TEM、HR-TEM、SAED、元素映射、XPS、拉曼、荧光、介磁常数测试表征结构与电磁参数；通过传输线理论计算反射损耗，DFT 分析界面差分电荷，COMSOL 模拟界面动态电荷迁移，CST 开展雷达散射截面仿真，系统对比不同刻蚀体系吸波性能。

图 4 (a) 原位竞争配位合成示意图；(b) 刻蚀竞争配位合成示意图；(c) 原位配位样品 SEM；(d) 分步刻蚀样品 SEM；(e) 系列样品 XRD；(f) 拉曼光谱；(g,h) 介电常数实部、虚部；(i) 反射损耗二维图；(j) 史密斯阻抗圆图；(k) 磁导率曲线；(l) 衰减系数；(m) 实心与八面体中空结构 COMSOL 电荷仿真对比。

图 5 (a) 一维原始 MOF、(b) 刻蚀后 1D-E、(c) 二维原始 MOF、(d) 刻蚀后 2D-E 扫描电镜；(e) 一维刻蚀前后介电常数；(f) 二维刻蚀前后介电常数；(g) 1D-E 反射损耗二维图；(h) 2D-E 反射损耗二维图；(i) 与已报道吸波材料性能对比；(j) 雷达散射截面 RCS 仿真云图；(k) 仿真物理模型示意图；(l–n) 不同体系 RCS 衰减对比图。

本文建立一套基于 Co-MOF 前驱体的可控刻蚀工程策略，区分 Ni²⁺诱导柯肯达尔逐层中空重构与 Fe³⁺氧化主导框架破坏两种刻蚀路径，对比原位竞争配位、分步连续刻蚀两种结构调控机制，揭示中空多级孔、氧缺陷、金属 / 碳异质界面协同优化阻抗匹配与电磁损耗的核心规律。分步 Ni/Fe 连续刻蚀得到 NF-2 样品，在仅 1.97 mm 超薄厚度下实现 7.13 GHz 超宽有效吸收带宽。DFT、COMSOL、CST 多尺度模拟证实异质界面动态电荷迁移、中空结构局域电荷富集可大幅提升极化损耗；一维、二维 MOF 拓展实验证明刻蚀策略具备普适性，RCS 仿真验证材料雷达隐身应用潜力。该工作阐明刻蚀调控微观结构与电磁性能内在关联，为超薄、宽频、轻质 MOF 基磁性介电吸波材料提供全新原子级设计思路。

📜 文章链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.73983