径向通道工程构建N/O共掺杂碳球实现高性能多频段微波吸收

为解决传统碳球材料阻抗失配和高填料负载量导致的微波吸收性能不足问题，研究人员通过自模板法成功制备了具有径向多孔结构的N/O共掺杂碳球（RPCS）。该材料在800℃制备温度下展现出卓越性能：1.85 mm薄层厚度下实现-56.5 dB最强吸收，有效吸收带宽（EAB）达5.5 GHz，雷达散射截面（RCS）最大降低25.9 dB m2。该研究为开发轻量化多频段吸波材料提供了新思路。

　　

在电子信息技术飞速发展的今天，电磁波（EWs）已成为继大气、水体和噪声污染之后的第四大公害。它不仅干扰通信安全、威胁人体健康，更可能通过暴露军事目标削弱国防能力。传统吸波材料如铁氧体、陶瓷等虽有一定防护效果，但普遍存在填料含量高（>50 wt.%）、有效吸收带宽（EAB）窄等瓶颈。碳基材料因其可调介电性和轻质特性被视为理想替代品，但实心碳球存在衰减网络稀疏和阻抗失配的核心难题。

针对这一挑战，研究人员创新性地采用钙泛酸盐为原料，通过温度调控的自模板法制备出具有径向通道的N/O共掺杂碳球（RPCS）。该材料在《Journal of Alloys and Compounds Communications》发表的研究中展现出突破性性能：800℃热处理的RPCS-800样品在仅10 wt.%填料含量下，实现1.85 mm超薄厚度时-56.5 dB的强吸收，覆盖5.5 GHz超宽频带。通过CST仿真验证，其雷达散射截面（RCS）最大降低值达25.9 dB m²，显著优于同类材料。

研究采用三大关键技术：1）梯度温度碳化法（700-900℃）调控材料微观结构；2）酸洗去除CaO/CaCO₃自模板构建径向孔隙；3）矢量网络分析仪（VNA）测试复介电常数与磁导率。通过SEM/TEM观察到材料独特的"花瓣状"形貌，BET测试显示RPCS-800具有最大的比表面积（487.6 m²/g）。XPS分析证实成功掺入4.32 at.%氮和8.67 at.%氧，形成吡啶-N、石墨-N等活性位点。

形态与结构部分揭示：钙泛酸盐在高温下分解产生CaO/CaCO₃作为自模板，酸洗后形成径向排列的孔道结构。这种特殊构型通过多次反射/散射增强电磁波（EWs）传播路径，同时降低材料密度（1.12 g/cm³）。

电磁特性研究表明：RPCS-800的优异性能源于四重机制协同：1）导电网络引起的欧姆损耗；2）N/O掺杂诱导的偶极极化弛豫；3）孔道-碳基质界面产生的界面极化；4）优化的阻抗匹配（|Z_in/Z₀|≈1）。

结论部分强调：该工作通过简单的温度调控策略，同步实现异质原子掺杂与多孔结构构建。RPCS材料在"薄、轻、宽、强"四个维度均突破现有技术瓶颈，其最大反射损耗（RL_min）较文献报道的碳球材料提升40%以上。这种径向通道工程为发展新一代轻量化多频段吸波材料提供了普适性设计思路，在军事隐身和民用电磁防护领域具有重大应用前景。