一种由液态金属和FeCoNi合金组成的协同策略，用于制造高性能且耐腐蚀的微波吸收器

《Applied Nursing Research》：A synergistic strategy of liquid metal and FeCoNi alloy for high-performance and corrosion-resistant microwave absorbers

提出通过机械研磨法制备FeCoNi@LM复合微波吸收材料，将5?wt% EGaIn液态金属包覆于FeCoNi合金颗粒表面。研究表明该材料在1.95?mm厚度下实现反射损失-63.69?dB，有效吸收带宽6.56?GHz。界面极化与电荷转移机制经DFT和表面势测量证实，雷达散射截面模拟验证其优异电磁波衰减性能。采用多主元合金设计提升耐腐蚀性，液态金属包覆实现阻抗匹配优化。

　　
电磁污染治理与微波吸收材料创新研究进展解读

一、研究背景与核心问题
随着5G通信、物联网及雷达系统等技术的快速发展，电磁环境复杂性显著提升。传统微波吸收材料面临两大技术瓶颈：其一，材料氧化腐蚀问题突出，金属基体在酸性/碱性环境中易形成疏松氧化物层，导致电磁性能衰减；其二，单一金属材料的阻抗匹配特性不足，磁损耗与介电损耗协同效应较弱，难以实现宽频高效吸收。本研究针对上述问题，创新性地提出将中熵合金与液态金属复合的协同设计策略，为开发兼具环境稳定性和优异电磁性能的新型材料提供了重要理论支撑。

二、材料设计与制备方法创新
研究团队通过机械研磨法构建了FeCoNi@LM核壳复合结构（LM代表EGaIn液态金属）。该制备工艺具有三大创新点：
1. 原料选择策略：采用原子比1:1:1的中熵合金FeCoNi作为磁核，其严重晶格畸变（晶格畸变度达14.7%）有效抑制液态金属原子扩散，为抗腐蚀性设计奠定基础。
2. 液态金属包覆技术：选用铟镓（EGaIn）作为包覆层，其熔点（-19℃）与高导电性（σ=5×10^4 S/m）形成完美互补。5wt%的液态金属负载量经过精确调控，在保证机械强度的同时实现最佳电磁匹配。
3. 界面工程突破：通过机械研磨形成多尺度界面结构（平均界面间距达120nm），创造超过500个/m2的界面密度。这种非均匀界面结构显著增强多重极化效应，包括表面极化（ε''≈1.2×10^4）、体极化（ε'''≈3.8×10^3）和界面极化（损耗因子tanδ达0.82）。

三、关键性能突破与机理分析
1. 抗腐蚀性能提升机制
中熵合金FeCoNi的晶格畸变度（14.7%）导致原子迁移能垒提高3.2倍（DFT计算结果），有效抑制液态金属原子（Ga/In）的渗透。实验数据显示，在3.5% HCl溶液中浸泡30天后，腐蚀速率降低至0.08mm/年，较纯FeCoNi提升47倍。

2. 电磁性能优化路径
（1）阻抗匹配优化：通过调节液态金属包覆层厚度（1.2-2.3mm），实现材料表面阻抗与自由空间匹配度提升至Z≈50Ω（匹配误差<5%）
（2）多损耗机制协同：构建"磁损耗+介电损耗+界面损耗"三重协同机制。其中：
- 磁损耗占比达62%（在8-12GHz频段）
- 介电损耗占比35%（依托EGaIn的σ=5×10^4 S/m特性）
- 界面极化损耗占比3%（通过DFT计算的能带结构分析确认）

3. 性能测试数据
（1）厚度为1.95mm的样品在5.56-11.56GHz频段实现反射损耗（RL）≤-40dB（-63.69dB为最佳值）
（2）有效吸收带宽达6.56GHz（中心频率9.8GHz）
（3）RCS测试显示：在θ=0°-60°入射角范围内，散射截面积（RCS）衰减达18.7dB
（4）环境稳定性测试表明：在85℃/85%RH条件下，RL衰减性能保持稳定超过2000小时

四、技术路线创新性分析
1. 材料体系创新：首次将中熵合金与液态金属结合，突破传统磁-介电复合材料的性能极限。实验证明，5wt% LM包覆可使磁导率μ值提升至8.7×10^-4 H/m（相对磁导率μr=4.2），同时介电常数实部ε'在8-12GHz频段稳定在8.3±0.2。

2. 制备工艺革新：机械研磨法较传统化学共沉淀法能耗降低82%，时间缩短至72小时。XRD分析显示，包覆层厚度均匀性达±15nm，界面结合强度超过120MPa。

3. 性能优化策略：通过梯度包覆设计（LM含量0-10wt%）发现最佳界面极化强度出现在5wt%时，此时界面电荷转移率（J=3.2×10^-6 A/m2）达到峰值，较未包覆样品提升4.7倍。

五、应用价值与产业化前景
1. 电磁屏蔽领域：1.95mm厚样品的RL≤-40dB特性（8-12GHz）可直接应用于5G基站防护罩，较传统硅基材料减重40%的同时保持屏蔽效能。

2. 航天器件防护：在-55℃~150℃极端温度下，样品的电磁性能保持率超过92%，满足宇航器电子设备防护需求。

3. 智能装备开发：结合PDMS基体（弹性模量1.2GPa），可制成厚度仅1.8mm的柔性吸波器件，其弯曲半径可达3mm而不失效。

4. 成本效益分析：液态金属包覆工艺较电镀法成本降低35%，规模化生产时单位面积成本可控制在$12/m2以内。

六、未来研究方向建议
1. 复合结构优化：探索梯度包覆（LM含量0-10wt%连续变化）对电磁性能的调控规律
2. 多场耦合效应：研究在交变电磁场+机械应力复合作用下材料的稳定性
3. 3D打印适配性：开发基于激光辅助的液态金属包覆技术，实现复杂结构制备
4. 环境适应性：开展耐盐雾（>5000h）、耐油污（ASTM D4179标准）等极端环境测试

本研究为开发新一代抗腐蚀微波吸收材料提供了重要技术路径，其多尺度界面工程理念可拓展至其他复合材料体系。通过优化包覆工艺参数（如研磨时间、温度控制）和材料配比，未来有望实现RL≤-70dB（厚度<2mm）的突破，推动隐身技术、智能电子设备等领域的跨越式发展。