绣球花状核壳结构GM@NiFe-LDH@PANI复合材料的构建及其高效电磁波吸收性能研究

为应对5G/6G通信技术带来的电磁干扰(EMI)挑战，研究人员通过水热法和原位聚合技术构建了具有多机制协同作用的核壳结构GM@NiFe-LDH@PANI复合材料。该材料通过LDH纳米片与PANI的协同优化，在1.71 mm厚度下实现-52.86 dB反射损耗和4.72 GHz有效吸收带宽，为雷达隐身和通信设备电磁兼容(EMC)提供了新型轻量化解决方案。

　　

随着5G/6G通信技术的迅猛发展，基站和卫星通信系统面临的电磁干扰(EMI)问题日益严峻。复杂的电磁环境不仅会导致信号传输中断，还可能影响电子设备性能甚至危害人体健康。传统电磁波(EMW)吸收材料往往存在阻抗匹配不佳、吸收频带窄等问题，而二维层状双氢氧化物(LDH)虽具有结构可调优势，却受限于其较差的导电性和分散性。如何通过材料设计和结构调控实现高效宽频吸收，成为当前电磁兼容(EMC)领域的研究热点。

安徽理工大学环境友好材料与职业健康研究院（芜湖）的研究团队创新性地提出了一种绣球花状核壳结构设计策略。他们以玻璃微球(GM)为硬模板，通过水热法在其表面均匀生长镍铁层状双氢氧化物(NiFe-LDH)纳米片，再通过原位聚合包裹聚苯胺(PANI)外壳，成功构建了GM@NiFe-LDH@PANI三元复合材料。该研究成果发表在《Applied Physiology Nutrition and Metabolism》上，为解决现代通信系统的电磁污染问题提供了新材料思路。

研究团队主要采用三种关键技术：水热法合成具有特定Ni/Fe比(3:1)的LDH纳米片阵列，静电自组装实现GM与LDH的牢固结合，以及原位氧化聚合在LDH表面构建PANI导电网络。通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)确认材料晶相结构，扫描电镜(SEM)观察证实了绣球花状多孔形貌的形成。

【结构形貌分析】
XRD图谱显示复合材料成功保留了GM的非晶态特征，同时出现了NiFe-LDH的特征衍射峰(003)、(006)等晶面。SEM图像清晰展示了GM表面垂直生长的LDH纳米片形成三维多孔框架，PANI包覆后仍保持该结构，比表面积达89.6 m²/g。

【电磁性能测试】
矢量网络分析仪测试表明，GNP-2样品在1.71 mm厚度时达到最优阻抗匹配，反射损耗(RL)低至-52.86 dB，有效吸收带宽(EAB)覆盖4.72 GHz（13.28-18 GHz）。这种优异性能源于：LDH的磁损耗机制、PANI的介电损耗（电导率达1.32 S/cm）以及核壳界面增强的极化弛豫效应。

【吸收机制阐释】
绣球花状多孔结构通过多重散射延长电磁波传播路径；LDH与PANI形成的异质界面产生大量偶极子；PANI导电网络构建的三维通路促进导电损耗。三者协同实现了介电-磁损耗的平衡优化。

该研究通过巧妙的材料设计和结构调控，成功开发出兼具轻量化与高性能的电磁波吸收材料。其创新性体现在：首次将GM的球形特性与LDH的二维特性相结合构建三维绣球花结构；通过组分比例调控实现阻抗匹配优化；阐明了多孔结构-异质界面-导电网络的协同作用机制。这项工作不仅为解决现代通信系统的EMI问题提供了新材料选择，其核壳结构设计思路对开发其他功能复合材料也具有重要借鉴意义。