界面工程化竹叶生物炭/ZnO/FeNi3纳米复合材料：协同增强微波吸收与抗菌性能的多功能材料设计

为解决细菌代谢物侵蚀微波吸收材料导致性能衰减的问题，研究人员通过一步水热-高温退火法构建了竹叶衍生多孔碳负载ZnO/FeNi3的复合材料。该材料通过界面极化（hetero-interfaces）与磁电协同优化，实现-57.9 dB的最大反射损耗及7.86 GHz的宽频吸收，同时借助Zn2+介导的抗菌作用和ROS（活性氧）生成机制，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别达92.9%和78.3%，为复杂环境下的电磁防护材料开发提供了新策略。

　　

随着电子设备的爆炸式增长，电磁干扰（EMI）已成为威胁设备稳定性和人体健康的重要问题。传统微波吸收材料在细菌富集环境中易受代谢物侵蚀，导致结构破坏和性能衰退。针对这一挑战，四川农业大学的研究团队创新性地开发了一种兼具高效电磁波吸收和抗菌功能的复合材料，相关成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

研究采用竹叶为原料，通过水热合成结合高温退火（500-700℃）的技术路线，成功制备了ZnO/FeNi₃共修饰的多孔生物炭复合材料。关键技术包括：1）通过温度调控ZnO晶相与FeNi₃合金的形成；2）利用生物炭三维网络结构实现组分负载；3）采用X射线衍射（XRD）和电磁参数测试分析材料特性；4）通过抑菌圈实验验证抗菌效果。

结构特性分析

XRD结果显示，600℃退火样品（BZF-600）中ZnO的（101）晶面与FeNi₃的（111）晶面衍射峰最强，表明该温度下两相结晶度最优。扫描电镜显示生物炭呈现分级多孔结构，ZnO纳米颗粒与FeNi₃微球均匀分散，形成大量异质界面（hetero-interfaces）。

电磁性能突破

BZF-600在3.0 mm厚度时实现-57.9 dB的反射损耗（RL），2.55 mm厚度下有效吸收带宽（EAB）达7.86 GHz。这种卓越性能源于：1）ZnO氧空位引发的偶极极化；2）FeNi₃的自然共振与交换共振协同增强磁损耗；3）多孔结构的多次散射效应。

抗菌机制验证

材料对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和大肠杆菌（Escherichia coli）的抑菌率分别为92.9%和78.3%。机理研究表明，Zn²⁺的持续释放破坏细菌膜结构，同时材料具备类氧化酶和过氧化物酶活性，可催化生成活性氧（ROS）导致细菌DNA损伤。

这项研究首次将界面工程策略应用于抗菌型微波吸收材料设计，通过组分-结构-功能的协同调控，解决了传统材料在复杂环境中性能衰退的难题。生物炭载体不仅优化了阻抗匹配，其疏水性转化还提升了环境稳定性。该工作为开发适用于医疗、军事等特殊场景的多功能电磁防护材料提供了新范式，同时为生物质废弃物的高值化利用开辟了路径。