將納米半導(dǎo)體集成到電磁波吸收材料中是一種非常理想的增強(qiáng)介電極化損耗的策略；實現(xiàn)高衰減微波吸收和深入理解介電損耗機(jī)制仍然是一項挑戰(zhàn)。本文將超細(xì)富氧空位 Nb2O5 半導(dǎo)體限制在碳納米片（ov-Nb2O5/CNS）中，以增強(qiáng)介電極化并實現(xiàn)高衰減。富氧空位的 Nb2O5 半導(dǎo)體極大地促進(jìn)了 ov-Nb2O5/CNS 的極化弛豫、電磁響應(yīng)和阻抗匹配，從而在 2.76 毫米處實現(xiàn)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(qiáng)介電極化，而氧空位的存在則賦予 Nb2O5 半導(dǎo)體豐富的電荷分離位點，從而加強(qiáng)電偶極子極化。此外，利用微計算機(jī)斷層掃描技術(shù)對吸收體進(jìn)行三維重建，可以深入了解獨特的片狀形態(tài)在多重反射和散射耗散特性方面的強(qiáng)化作用。此外，ov-Nb2O5/CNS 通過固化成一種可吸收微波、可機(jī)加工的材料，展示了出色的應(yīng)用潛力。
Fig 1. 二維 Nb2O5 和 NbC 納米粒子/碳納米片復(fù)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(fù)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(xiàn)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(guān)系；f 最小反射損耗與有效吸收帶寬的關(guān)系。
Fig 5. 所有材料的(a)介電常數(shù)實部，(b)介電常數(shù)虛部，(c)衰減常數(shù)(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(jié)構(gòu)；(h)Nb?O?和(i)NbC的能帶結(jié)構(gòu)；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(gòu)型和(d-e)NbC−碳構(gòu)型的電荷密度分布；(c)Nb?O?−碳構(gòu)型和(f)NbC−碳構(gòu)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(lán)色區(qū)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(lán)和灰色區(qū)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(dǎo)電損耗機(jī)理示意圖。
Fig 7. (a)ov-Nb?O?/CNS-氰酸酯復(fù)合板的數(shù)碼照片；(b)ov-Nb?O?/CNS-氰酸酯復(fù)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(fù)合板在加熱平臺(160℃)上的熱紅外圖像。
相關(guān)研究工作由華東理工大學(xué)Donghui Long和Bo Niu課題組于2023年共同發(fā)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(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
