分层C-CoS 2@MoS 2具有核壳结构，可增强界面极化，从而优化微波吸收性能

《Journal of Alloys and Compounds》：Hierarchical C-CoS 2@MoS 2 with core-shell structure boosting interfacial polarization for optimizing microwave absorption

微波吸收材料研究：通过原位生长法设计C-CoS?@MoS?复合材料，利用多层次异质界面和核壳结构优化介电损耗与磁损耗，实现2.25 mm厚度下最小反射损耗-51.8 dB和3.56 GHz有效吸收带宽，为轻量化高效微波吸收材料开发提供新途径。

　　在现代科技迅猛发展的背景下，微波吸收材料（MA）的研究和应用正变得越来越重要。随着第五代（5G）无线通信技术的不断推进，它不仅为经济和社会带来了巨大的便利，同时也引发了一系列环境、精密设备运行以及人类健康方面的挑战。此外，先进雷达技术的快速发展以及现代军事应用对隐身性能的日益增长需求，推动了对高效微波吸收材料的迫切需求。在过去的几十年中，研究人员广泛探索了诸如石墨烯、生物碳、铁磁合金、导电聚合物、碳纤维及其复合材料等，以实现对电磁波污染的有效吸收。这些材料能够将入射的电磁波转化为热能或其他非辐射形式的能量，从而显著降低电磁辐射的影响。尽管在提高吸收强度方面取得了显著突破，但在实际应用中仍面临诸如吸收带宽较窄和制备过程复杂等挑战。因此，开发具有优异吸收性能且轻质的宽带吸收材料具有重要意义。

近年来，金属有机框架（MOFs）及其衍生材料作为一种新兴的微波吸收材料，引起了广泛关注。MOFs及其衍生物之所以受到青睐，主要是因为它们具有独特的特性，包括多孔性、高比表面积、可调的组成和结构以及轻质等。例如，Che及其团队通过调控溶剂与前驱体的摩尔比，制备了多种维度可控的MOF衍生氮掺杂碳材料，获得了片状、立方状、花状等多种形态。受益于MOFs的可控结构以及磁耦合网络和界面极化效应，Co@NC材料在1.8?mm厚度下表现出最佳的微波吸收性能，反射损耗（RL）达到?53.0?dB，有效吸收带宽（EAB）为6.2?GHz。Wu等人通过MOF辅助策略设计并制备了多尺度的Ni-MOF@氮掺杂碳材料，得益于其特定的结构和成分调控，该复合材料在3?mm厚度下实现了?69.6?dB的RL值和6.8?GHz的宽EAB。Wang及其团队则制备了MOF衍生的Co/C复合材料的大尺寸微球结构，这种结构由小颗粒簇组成，在2.38?mm厚度下表现出7.12?GHz的EAB。从上述研究可以看出，通过构建具有层级结构的MA材料以及优化其组成，可以有效拓宽吸收带宽，并展现出在实现轻质性能方面的巨大潜力。

作为典型的过渡金属硫化物，二硫化钴（CoS?）因其独特的物理和化学性质在微波吸收领域获得了越来越多的关注。从结构上看，CoS?结晶于立方的黄铁矿结构，每个Co原子与六个S原子配位，形成稳定的八面体结构。这种结构赋予了CoS?良好的导电性（金属特性）以及适度的磁性，有利于增强电磁波吸收中的导电损耗和磁损耗。近年来，基于CoS?的MA材料研究取得了稳步进展。例如，Zhang等人合成了一种由CoS?和碳纳米纤维组成的新型复合材料，在吸收性能方面表现出?59.84?dB的RL值和4.9?GHz的EAB，这归因于三维网络结构和嵌入的CoS?纳米颗粒所促进的多重散射和极化损耗。Zhou等人报道了一种MoS?/CoS?/VN混合材料，其在模拟海水环境中表现出良好的稳定性，同时增强了抗腐蚀性能，反射损耗（RL）达到?50.48?dB，有效吸收带宽（EAB）为5.76?GHz。这些研究证实了CoS?在MA应用中的潜力，尤其是在与其他功能材料结合以优化损耗机制和结构设计方面。然而，纯CoS?仍存在一些缺点，如高密度、较差的阻抗匹配以及极化活性位点有限，这些因素限制了其进一步发展。因此，构建具有层级结构和多种组分的CoS?基复合材料成为解决这些问题的有效策略。

二硫化钼（MoS?）作为一种典型的二维层状材料，其结构由S-Mo-S“三明治”单元堆叠而成。在每个单元中，Mo原子位于两个S原子层之间，形成共价键连接的层内框架，而层间连接则通过较弱的范德华力维持。这种结构特征赋予了MoS?丰富的活性位点和缺陷，并且其晶相（1?T/2H/3?R）和形貌具有较高的可调性，使其成为二维层状MA材料的潜在代表。然而，2H相虽然作为最稳定的半导体相，作为MA材料却存在高密度、相对较低的导电损耗以及极化活性位点有限等缺点，从而限制了其进一步应用。为了克服这些问题，研究人员通过不同的制备策略对MoS?的晶相进行调控，以优化其阻抗匹配性能。例如，Ding等人通过在水热条件下应用磁场，设计了一种能够调控MoS?中1?T和2H相质量比的新型方法。当1?T与2H相的质量比为1:1时，观察到了最佳的MA性能，反射损耗（RL）达到?45.5?dB。我们的团队则通过铵离子（NH??）插层调控，获得了具有1?T/2H相的MoS?晶体，在1.99?mm厚度下表现出?53?dB的RL值和5.6?GHz的EAB。除了上述的晶相调控，构建具有层级多孔结构的MoS?也具有结构优势，能够有效促进MA性能。

受到这一思路的启发，研究团队成功设计并制备了具有多个异质界面和核壳结构的层级C-CoS?@MoS?复合材料。这一过程是通过MoS?的原位生长实现的。首先，通过ZIF-67的自组装生成，将其转化为C-Co复合材料，随后在水热条件下进行相转化，同时利用硫代乙酰胺与钼和钴之间的配位效应，实现了Co向CoS?的转化以及层状MoS?纳米片的沉积，最终形成层级C-CoS?@MoS?复合材料。这种复合材料通过协同效应集成了来源于MOFs的碳（提供轻质导电框架和多孔结构以优化阻抗匹配）、CoS?（提供充足的磁损耗）以及MoS?纳米片（提供二维层状界面以增强界面极化和偶极松弛）。受益于丰富的界面极化、优化的阻抗匹配条件以及由氮原子和缺陷所产生的强极化损耗，S-700展现出优异的MA性能。实验结果与CST模拟结果一致，表明S-700具有出色的MA能力，并具备广阔的应用前景。

在材料合成过程中，研究团队首先制备了ZIF-67衍生的C-Co复合材料。通过调控反应条件，如温度、压力和时间，确保了ZIF-67的均匀分解和碳化，从而获得具有特定结构和组成的C-Co复合材料。随后，通过水热法进行MoS?的合成，这一过程涉及Co向CoS?的转化以及MoS?纳米片的沉积。硫代乙酰胺在反应中发挥了关键作用，不仅促进了CoS?的形成，还与钼和钴形成了稳定的配位结构，有助于实现高效的MA性能。此外，MoS?纳米片的沉积进一步增强了材料的界面极化效应，提高了偶极松弛能力，从而优化了整体的吸收性能。通过这一系列的合成步骤，最终获得了具有层级结构和异质界面的C-CoS?@MoS?复合材料。

在材料表征方面，研究团队利用X射线衍射（XRD）分析了所制备材料的晶体结构。XRD图谱显示，S-600、S-700和S-800的衍射峰位置相似，表明它们具有相似的晶体结构。进一步分析发现，所有样品在32.2°和56.3°处的两个显著衍射峰对应于立方CoS?的（200）和（311）晶面（PDF#41–1471）[28]。同时，所有样品在14.1°处的另一个明显衍射峰对应于2H相MoS?的（002）晶面（PDF#73–1508）[29]。这些结果进一步验证了材料中CoS?和MoS?的存在。此外，研究团队还通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对材料的微观结构进行了表征，证实了其层级结构和异质界面的形成。同时，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱（Raman）分析了材料的化学组成和表面特性，进一步支持了其优异的MA性能。

在实际应用中，S-700展现出显著的微波吸收能力。实验结果表明，当厚度为2.25?mm时，S-700的最小反射损耗（RL???）达到?51.8?dB，而当厚度仅为1.5?mm时，其有效吸收带宽（EAB）可达3.56?GHz（14.44–18?GHz）。此外，S-700在检测角度为0°时，能够实现高达18.99?dB的雷达散射截面（RCS）降低值。这些结果表明，S-700在微波吸收性能方面具有显著优势。通过优化材料的结构和组成，S-700不仅能够实现高效的微波吸收，还能在轻质特性方面表现出良好潜力。这种复合材料的制备方法为未来开发高效、轻质的微波吸收材料提供了新的思路和方向。

研究团队还通过多种实验手段验证了S-700的MA性能。例如，通过电磁波反射实验测量了其反射损耗（RL）和有效吸收带宽（EAB），结果表明S-700在不同厚度下均表现出优异的吸收性能。此外，通过雷达散射截面（RCS）测量，进一步确认了其在降低电磁波反射方面的潜力。这些实验数据不仅验证了S-700的MA性能，也为后续的材料优化提供了依据。同时，研究团队还通过计算机模拟（如CST软件）对材料的吸收机制进行了深入分析，模拟结果与实验数据高度一致，进一步支持了S-700在MA性能方面的优越性。

在材料的制备过程中，研究团队还对反应条件进行了系统优化，以确保材料的结构和性能达到最佳状态。例如，通过调控煅烧温度，研究团队发现不同的煅烧温度会对材料的导电性、磁性和阻抗匹配产生显著影响。在较低的煅烧温度下，材料的导电性较强，但磁性相对较弱；而在较高的煅烧温度下，磁性增强，但导电性有所下降。因此，通过合理调控煅烧温度，可以在导电性与磁性之间取得平衡，从而优化材料的MA性能。此外，研究团队还对水热反应的时间和温度进行了优化，以确保Co向CoS?的转化和MoS?纳米片的沉积能够同时进行，形成稳定的层级结构。

在材料的表征和性能测试中，研究团队还采用了其他分析手段，如热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC），以评估材料在不同温度下的热稳定性。结果表明，S-700在高温下仍能保持良好的结构完整性，表明其具有优异的热稳定性。此外，通过电化学阻抗谱（EIS）分析了材料的电导率和界面极化特性，进一步支持了其在MA性能方面的优越性。这些分析手段不仅帮助研究团队深入了解材料的性能，也为后续的材料优化和应用提供了科学依据。

在实际应用中，S-700展现出良好的MA性能，其在不同厚度下的吸收能力均优于传统材料。例如，当厚度为2.25?mm时，其最小反射损耗（RL???）达到?51.8?dB，而当厚度仅为1.5?mm时，其有效吸收带宽（EAB）可达3.56?GHz（14.44–18?GHz）。这些结果表明，S-700不仅能够实现高效的微波吸收，还能在轻质特性方面表现出良好潜力。此外，S-700在检测角度为0°时，能够实现高达18.99?dB的RCS降低值，进一步验证了其在降低电磁波反射方面的潜力。这些性能指标表明，S-700在MA材料领域具有广阔的应用前景。

在材料的制备和优化过程中，研究团队还考虑了多种因素，以确保材料的结构和性能达到最佳状态。例如，通过调控前驱体的组成和比例，研究团队能够影响最终材料的结构和组成。此外，通过调控反应条件，如温度、压力和时间，研究团队能够优化材料的合成过程，确保其结构的稳定性和性能的优异性。这些优化措施不仅提高了材料的MA性能，也使其在实际应用中更具可行性。

在材料的性能测试中，研究团队还采用了其他方法，如反射系数测量和吸收效率计算，以评估材料在不同频率下的吸收能力。结果表明，S-700在多个频率范围内均表现出优异的MA性能，其吸收效率较高，且吸收带宽较宽。这些测试结果进一步支持了S-700在MA材料领域的潜力。此外，研究团队还对材料的阻抗匹配特性进行了分析，发现S-700的阻抗匹配条件优于传统材料，这有助于提高其MA性能。

在实际应用中，S-700展现出良好的MA性能，其在不同厚度下的吸收能力均优于传统材料。例如，当厚度为2.25?mm时，其最小反射损耗（RL???）达到?51.8?dB，而当厚度仅为1.5?mm时，其有效吸收带宽（EAB）可达3.56?GHz（14.44–18?GHz）。这些结果表明，S-700不仅能够实现高效的微波吸收，还能在轻质特性方面表现出良好潜力。此外，S-700在检测角度为0°时，能够实现高达18.99?dB的RCS降低值，进一步验证了其在降低电磁波反射方面的潜力。这些性能指标表明，S-700在MA材料领域具有广阔的应用前景。

综上所述，通过构建具有层级结构和异质界面的C-CoS?@MoS?复合材料，研究团队成功开发了一种具有优异MA性能的新型材料。该材料通过优化其结构和组成，实现了高效的电磁波吸收，同时在轻质特性方面表现出良好潜力。此外，S-700在不同厚度下的吸收性能均优于传统材料，其吸收带宽较宽，且阻抗匹配条件良好，使其在实际应用中更具可行性。这些研究结果不仅为MA材料的发展提供了新的思路，也为未来在无线通信、雷达技术和军事应用等领域提供了重要的技术支撑。