三金属NiCo-ZnO@NPC复合材料的可控制备及其高效微波吸收性能研究

本研究针对MOFs衍生氮掺杂多孔碳(NPC)材料存在的阻抗失配和介电性能不足问题，通过溶剂热法合成ZnNiCo-MOF-74前驱体，经碳化制备具有磁-介电协同效应的NiCo-ZnO@NPC复合材料。通过调控Zn2+含量实现最小反射损耗(RLmin)达-60.4 dB（9.44 GHz）和4.1 GHz有效吸收带宽，为轻量化高性能微波吸收材料设计提供新思路。

　　

随着5G通信和电子设备的迅猛发展，电磁污染已成为亟待解决的环境问题。传统微波吸收材料面临带宽窄、阻抗匹配差等瓶颈，而金属有机框架(MOFs)衍生的多孔碳材料虽具有结构可调优势，却因介电性能不足制约其应用。针对这一挑战，甘肃科研团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，通过创新设计三金属ZnNiCo-MOF-74前驱体，成功制备出兼具磁-介电双损耗机制的NiCo-ZnO@NPC复合材料。

研究采用溶剂热法合成前驱体，通过精确控制Zn²⁺掺杂比例（0-15%），结合高温碳化工艺制备系列复合材料。利用SEM、XRD和矢量网络分析仪等表征手段，系统研究材料微观结构与电磁参数的关系。

【Microstructure and crystal phase】部分显示，随着Zn²⁺含量增加，材料形貌从六棱柱转变为花簇状，5% Zn含量时形成最优分级多孔结构。XRD证实ZnO成功掺杂并与NiCo形成异质结，这种特殊结构增强界面极化效应。

电磁性能测试表明，5% Zn含量的复合材料在2.5 mm厚度下实现三重突破：RL_min达-60.4 dB（较未掺杂提升3倍）、有效带宽4.1 GHz（覆盖整个X波段）、匹配厚度减少40%。这种优异性能源于三方面机制：（1）ZnO掺杂优化介电常数与磁导率的平衡，改善阻抗匹配；（2）多孔碳骨架与金属纳米颗粒形成导电网络，增强传导损耗；（3）NiCo磁性组分通过自然共振和涡流损耗提供磁损耗途径。

结论部分强调，该研究创新性地将ZnO介电损耗与NiCo磁损耗整合于MOFs衍生框架中，通过简单的"前驱体设计-碳化"一体化工艺实现性能突破。相比传统两步法制备的磁-介电复合材料，该方法具有工艺简便、成本低的优势。研究不仅为MOFs基吸波材料设计提供新范式，其提出的"组分调控-结构设计-性能优化"协同策略，对开发新一代智能电磁防护材料具有重要指导意义。

值得注意的是，材料在9.44 GHz处出现的强吸收峰恰好对应军用雷达频段，结合其轻量化特性（密度<1.8 g/cm³），在隐身涂层领域展现出应用潜力。作者指出后续研究将聚焦于大规模制备工艺优化和环境稳定性提升，以推动其实际工程应用。