导体-半导体异质界面极化增强策略实现高性能电磁波吸收材料设计

【编辑推荐】针对导体-半导体异质界面协同极化机制不明确的科学难题，青岛大学团队通过WS2 @NiCo-hc空心异质结复合材料的精准构筑，揭示了界面极化对电磁波吸收性能的调控规律。该材料在2.1 mm厚度下实现-64.5 dB最小反射损耗和6.24 GHz有效吸收带宽，为高性能微波吸收材料设计提供了新范式。

　　

随着5G通信和军事隐身技术的快速发展，电磁污染和电子对抗问题日益严峻，高性能电磁波吸收材料（EMW）成为研究热点。传统吸收材料面临阻抗匹配与损耗机制难以协同优化的瓶颈，而导体-半导体异质界面因其独特的电荷分离和极化特性被视为突破方向。然而，现有研究对界面极化增强机制缺乏系统认知，特别是空心结构对电磁参数的多尺度调控规律尚不明确。

青岛大学的研究团队在《Journal of Materials Science》发表论文，通过创新性地设计WS₂
纳米片包覆NiCo空心球嵌入多孔碳纤维（WS₂
@NiCo-hc）的异质结构，结合电纺丝、高温退火和溶剂热合成技术，成功揭示了异质界面极化对电磁波吸收性能的增强机制。研究采用MOF导向热解策略精确控制空心结构，通过X射线衍射（XRD）和电子显微镜证实了WS₂
与NiCo合金的化学键合界面，并利用矢量网络分析仪测试了电磁参数。

空心结构设计
通过NiCo-MOF前驱体的可控蚀刻形成空心球结构，多尺度反射-散射效应延长了电磁波传播路径。透射电镜显示WS₂
纳米片均匀包覆在NiCo空心球表面，形成分级导电网络。

界面极化机制
X射线光电子能谱（XPS）证实WS₂
-NiCo界面存在W-Co/W-Ni化学键，这种强耦合作用显著提升了界面极化损耗。电磁模拟表明异质界面处局域电场强度提升3.2倍，有效促进偶极子取向极化。

性能优化
在2.1 mm厚度下，复合材料实现-64.5 dB的最小反射损耗（RL），有效吸收带宽（EAB）覆盖6.24 GHz。这种优异性能源于空心结构优化的阻抗匹配、WS₂
半导体介电损耗与NiCo合金磁损耗的协同效应。

该研究不仅建立了异质界面极化与电磁损耗的构效关系，更提出了"界面工程-空心结构-多损耗协同"的材料设计原则。通过理论计算与实验验证相结合，阐明了空心结构对载流子迁移路径的调控作用，为开发新一代超薄宽带吸收材料提供了重要参考。值得注意的是，MOF衍生碳基体的多孔特性与WS₂
的层状半导体特性形成互补，这种跨尺度结构设计策略可拓展至其他过渡金属硫化物体系。研究成果对电磁防护、隐身技术等领域具有重要应用价值。