多层空心Cu/Ni@NC@Cu2-x S纳米盒的构建及其低频微波吸收性能研究

为应对电磁污染难题，研究人员通过原位分层组装技术设计出多层空心Cu/Ni@NC@Cu2-x S纳米盒，利用表面硫化与选择性刻蚀调控结构，经煅烧温度优化实现阻抗匹配与多重极化协同增强。该材料在700°C时获得RLmin 达-65.78 dB@7.92 GHz的卓越低频吸收性能，为开发轻薄宽频吸波材料提供新思路。

　　

随着5G通信和电子设备的普及，电磁辐射污染已成为全球性环境问题。传统吸波材料面临低频吸收弱、带宽窄等挑战，亟需开发兼具磁电协同效应和特殊微结构的材料。现有研究虽通过构建核壳结构或掺杂磁性组分提升性能，但低频响应（如S/C波段）调控仍存在材料厚度与吸收效率难以兼顾的瓶颈。

中国国家自然科学基金支持的研究团队在《Materials Today Nano》发表成果，提出通过模板刻蚀与原位聚合策略构建多层空心Cu/Ni@NC@Cu_2-x
S纳米盒。该研究创新性地将多巴胺(DA)自聚合与硫化工艺结合，形成具有磁电耦合特性的三明治结构：外层硫化铜(Cu_2-x
S)提供介电损耗，中间氮掺杂碳(NC)层增强导电性，内核镍(Ni)纳米颗粒产生磁损耗。通过调控煅烧温度(600-700°C)和DA比例，实现石墨化程度与组分分布的精确控制，最终获得可覆盖X波段(8-12 GHz)的超宽有效吸收带宽(EAB)和创纪录的低频吸收性能。

关键技术包括：(1)选择性刻蚀法制备空心Cu_2-x
S纳米盒模板；(2)DA原位聚合构建多层界面；(3)高温热解还原Ni²⁺
为磁性纳米颗粒；(4)CST仿真验证材料实际应用潜力。

材料合成与表征
通过硫化-刻蚀-热解三步法获得纳米盒，透射电镜(TEM)显示其具有明显空心层状结构，X射线衍射(XRD)证实Cu_2-x
S与Ni晶相共存。拉曼光谱证明700°C煅烧样品具有更高石墨化程度，对应最佳介电性能。

微波吸收性能
600°C样品在2.81 mm厚度下实现RL_min
=-50.03 dB与EAB=5.68 GHz；700°C样品在1.63 mm厚度时获得-65.78 dB@7.92 GHz的突破性低频性能，归因于多重界面极化与优化的阻抗匹配。调整DA比例制备的CNS-700-1/3样品保持稳定低频吸收，证实组分可控性。

机理分析
电磁参数测试表明磁电耦合效应显著增强涡流损耗与自然共振。开尔文探针力显微镜(KPFM)证实异质界面存在电荷积累，促进界面极化。CST仿真显示材料在特定频段具有>90%的能量转换效率。

该研究通过创新性结构设计实现三大突破：(1)首次将Cu_2-x
S半导体与磁性Ni纳米颗粒集成于空心碳基体中；(2)阐明煅烧温度对石墨化程度与电磁参数的调控规律；(3)验证多层界面极化对低频吸收的关键作用。所开发的材料在军用隐身涂层和民用电子设备防护领域具有重要应用价值，为低频吸波材料设计提供了"结构-组分"协同优化的新范式。