《Materials Science and Engineering: B》：A study on microwave-absorbing material based on high-entropy oxides and their microwave absorption properties
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•（CoCrFeMnAl）O高熵氧化物/石墨烯复合材料被合成。适当的石墨烯引入能够构建导电网络，并显著优化材料的阻抗匹配。•含有7 wt%石墨烯的复合材料表现出最佳的吸收性能：在2.5 mm厚度下，反射损耗最小为-35.52 dB，有效带宽为5.27 GHz。•多种协同损耗机制使
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（CoCrFeMnAl）O高熵氧化物/石墨烯复合材料被合成。适当的石墨烯引入能够构建导电网络，并显著优化材料的阻抗匹配。
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含有7 wt%石墨烯的复合材料表现出最佳的吸收性能：在2.5 mm厚度下，反射损耗最小为-35.52 dB，有效带宽为5.27 GHz。
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多种协同损耗机制使复合材料具有优异的微波衰减性能。这项工作为高性能高熵氧化物吸收体的设计提供了指导。
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该复合材料制备工艺简单，材料成本低廉，有利于微波吸收材料的实验室研究和小规模测试。
引言
随着电子信息技术的发展，迫切需要用于电磁污染抑制和雷达隐身应用的材料，这些材料需要具备轻质特性、宽的有效吸收带宽和强的波衰减能力。传统的微波吸收体主要包含铁氧体、磁性金属粉末、碳化硅和碳基材料，但这些材料在实际应用中存在固有的缺点。铁氧体具有较高的体积密度，在高温下磁损耗会显著增加；磁性金属粉末容易氧化且耐腐蚀性较弱；碳基材料密度低，但阻抗匹配较差，导致大部分入射电磁波从材料表面反射而不是内部耗散[1]、[2]、[3]。
作为一类新兴的多组分陶瓷材料，高熵氧化物（HEOs）在过去十年中在微波吸收领域引起了极大的研究兴趣。它们出色的波衰减性能源于其内在的晶格畸变、丰富的氧空位缺陷以及多种金属阳离子组分带来的协同极化损耗[4]、[5]。全球范围内的研究致力于探讨各种HEO系统的微波吸收行为[6]、[7]、[8]、[9]。2025年发表的先进研究表明，缺陷工程和尖晶石/岩盐双相结构设计可以显著提高HEO基体的极化损耗。同时，阴离子高熵掺杂与石墨烯杂化已成为优化阻抗匹配和扩展有效吸收带宽的可行策略[10]。2015年，Rost等人[11]首次验证了熵稳定氧化物的稳定单相晶体结构。多元素共掺杂产生的构型高熵效应可以有效抑制相分离，为HEOs的功能修饰和工业应用奠定了坚实基础[12]。2019年，Sarkar等人[13]系统地研究了（CoCrFeMnNi）O HEO的介电性能，实验结果证实了其在高频电磁激励下的强烈偶极极化响应。2022年，Chen等人[14]首次将HEOs应用于微波吸收，并验证了其内在的介电损耗能力[15]。然而，由于介电常数低和阻抗匹配不佳，单体HEO块材很少能实现高效的波衰减，这限制了其实际工程的应用。为了解决这一问题，研究人员采用了多种修改策略，包括调节元素组成、缺陷工程和导电相复合，以调节阻抗匹配并提高整体微波吸收效率。
石墨烯具有超大的比表面积、可调的导电性和出色的介电损耗能力，使其成为复合吸收体的理想损耗填料[16]、[17]。先前的研究表明，将微量石墨烯引入陶瓷基体可以构建相互连接的导电网络并引发强烈的界面极化，从而大幅提高微波吸收效率。Kong等人[18]在2013年将还原氧化石墨烯与陶瓷基底杂化，发现低石墨烯载量时介电损耗显著提高，确认界面极化为主要的能量耗散机制[19]。2021年，Zhang等人[20]系统研究了Fe?O?/石墨烯复合材料中石墨烯载量对波吸收性能的影响；他们的结果显示，在7 wt%的最佳石墨烯质量分数下，反射损耗最小为-58 dB，有效吸收带宽超过6 GHz。Wei等人[21]在2022年进一步明确指出，石墨烯填充量必须控制在最佳范围内。过低的石墨烯分数无法产生足够的导电损耗，而过度堆叠的石墨烯纳米片在高载量下会形成过度连接的导电通道，从而破坏阻抗匹配，导致电磁波主要反射而不是能量耗散[22]。2023年，Liu等人[23]制备了（CoNiCuZn）O HEO/石墨烯复合材料，并观察到相对介电常数的明显提高。然而，由于界面极化不匹配，有效吸收带宽仅略有增加，石墨烯载量均匀性、导电网络演化和阻抗匹配的协同调节仍然是一个关键挑战。受上述研究框架的启发，本研究选择了尖晶石型（CoCrFeMnAl）O作为HEO基体，并制备了一系列具有梯度石墨烯分数的石墨烯改性复合材料，系统探讨了石墨烯载量对介电损耗、阻抗匹配和有效吸收带宽的调节机制[24]、[25]。
需要强调的是，本研究的核心目标是通过调节石墨烯质量分数来调节尖晶石HEO复合材料的电磁波衰减能力，所有样品制备和表征程序都是专门为同轴微波测量设计的。用于电磁参数测试的石蜡混合环试样无法满足致密烧结陶瓷的机械性能表征（如硬度和抗弯强度）标准要求。因此，机械性能评估不在本研究的范围内，我们将在后续研究中对完全烧结的块材进行机械和波吸收性能的综合研究。这里展示的所有表征都是从微观结构的角度进行的，以阐明石墨烯纳米片微观分布与复合材料电磁损耗机制之间的内在关联。为此，五种金属前体（硝酸铁、硝酸铬、硝酸钴、硝酸铝和碳酸锰）在聚四氟乙烯内衬的高压釜中与氢氧化钠溶液通过水热处理均匀混合并反应，合成HEO前体。随后将制备的前体在马弗炉中高温煅烧，获得稳定的单相尖晶石（CoCrFeMnAl）O HEO粉末。通过简单的物理混合过程，将石墨烯纳米片以0、3、5、7和9 wt%的质量分数掺入HEO基体中，相应的复合材料分别标记为HEO/G-0、HEO/G-3、HEO/G-5、HEO/G-7和HEO/G-9。本研究系统探讨了石墨烯载量对HEO/石墨烯复合材料微波吸收性能的调节效应，旨在确定实现最大波衰减效率的最佳石墨烯分数。
章节片段
实验材料
本实验使用的原材料包括碳酸锰（MnCO?，分析纯度）、九水合硝酸铝（Al(NO?)?·9H?O，分析纯度）、九水合硝酸铁（Fe(NO?)?·9H?O，分析纯度）、六水合硝酸钴（Co(NO?)?·6H?O，分析纯度）、九水合硝酸铬（Cr(NO?)?·9H?O，分析纯度）、颗粒状氢氧化钠（NaOH）和石墨烯粉末。所有化学试剂均由上海麦克林生物技术有限公司提供。
吸收材料的结构和形态分析
通过XRD表征研究了纯HEO和石墨烯改性复合材料的晶体相结构。图2(a)显示了单体（CoCrFeMnAl）O HEO的XRD图谱，图2(b)比较了不同石墨烯载量的HEO复合材料的XRD轮廓。所有Fe-Co-Cr-Al-Mn多元样品的衍射峰都与尖晶石晶体结构的标准特征峰完全吻合。没有对应于单一金属的衍射信号。
结论
本研究通过水热-煅烧路线合成了尖晶石（CoCrFeMnAl）O HEO粉末，并将其与石墨烯纳米片以梯度质量分数复合，制备了轻质微波吸收体。石墨烯载量对HEO/石墨烯复合材料的波衰减能力具有主导调节作用，整体吸收性能随着石墨烯分数的增加而呈现典型的火山状趋势。适量的石墨烯添加（3–7 wt%）能有效提升
CRediT作者贡献声明
Zhenyu Wu：写作——审稿与编辑，写作——初稿，可视化，验证，监督。Chaoyang Xie：资金获取，形式分析，概念化。Ruixiang Zhang：监督，概念化。Xinyu Peng：软件，项目管理。Enyi He：项目管理，方法论。Dong Fang：资源，项目管理。
资助
该项目得到了华中科技大学材料加工与模具技术国家重点实验室的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
Zhenyu Wu|Chaoyang Xie|Ruixiang Zhang|Xinyu Peng|Enyi He|Dong Fang
