针对SrFe?O??-Zn-MOF杂化材料高效耗散电磁波的需求，对其界面结构进行了量身定制的设计

《Materials Science and Engineering: B》：Tailored interfacial architecture of SrFe 12O 19-Zn-MOF hybrids for efficient electromagnetic wave dissipation

　　

• •
  采用机械合金化方法制备了SrFe₁₂O₁₉-Zn-MOF复合材料。
• •
  多界面设计提高了阻抗匹配和微波吸收性能。
• •
  该复合材料在9.15 GHz频率下，厚度为2.15 mm时，其最小反射损耗（RL_min）可达-30.40 dB。

引言

诸如移动通信系统、雷达和集成电路等高频电子元件的快速发展导致了电磁波（EMW）的发射，其频率范围达到吉赫兹（GHz）级别[1]。尽管这些技术改善了我们的生活，但它们也存在一些缺点，包括电磁（EM）污染和干扰。这不仅影响技术质量，还可能引发环境或生物问题[2]。长期暴露于电磁辐射会对人体产生多种负面影响，包括细胞损伤和基因改变。因此，开发高效的微波吸收材料（MAMs）对于技术进步和环境保护至关重要[3],[4]。高效的MAMs应具备强大的衰减能力、宽吸收带宽、低密度和薄厚度[5]。这些要求可以通过介电损耗和磁损耗以及适当的阻抗匹配来实现，以减少材料界面处的反射[6]。最初用于微波吸收的材料包括金属和传统陶瓷，但它们具有高密度、腐蚀问题以及较差的损耗机制；而尖晶石铁氧体则受到Snoek极限的限制，无法在较低频率范围内发挥作用[7]。特别是M型的六角形铁氧体，由于具有高的磁晶各向异性和化学稳定性而显示出巨大潜力[3]。这些材料中包括SrFe₁₂O₁₉，它被认为是一种潜在的微波吸收剂。然而，这种材料的高自然铁磁共振频率和低介电性能使其在常用频率下效果不佳[8]。人们尝试通过掺杂其他元素来解决这一问题[9]。例如，Jing等人发现掺杂Pr后反射损耗可达到-50.95 dB[10]，而Garg等人发现掺杂Nd后反射损耗为-40 dB[11]。此外，掺杂Y、Cu、Co以及多种多元元素替代物（如La-Ni-Zr、SmMn）后，共振频率提高到2–18 GHz，并且吸收性能得到改善[3],[12]。尽管取得了这些成就，单相铁氧体仍存在两个主要问题：介电损耗低和阻抗匹配不佳。为解决这些问题，可以将介电材料与磁性铁氧体结合使用，以实现微波吸收的协同效应。例如，Kuruva Praveena等人[13]研究了掺Cr³⁺的SrFe₁₂O₁₉，发现其电磁性能有所改善；Garg和Dadfar等人证明，使用复合材料（如SrFe₁₂O₁₉/Ti₃SiC₂和SrFe₁₂O₁₉/TiO₂）可以显著提高吸收能力（约-33.0 dB），这得益于更好的界面极化和阻抗匹配[14],[15]。

目前，金属有机框架（MOFs）作为介电材料正变得越来越受欢迎，因为它们具有高比表面积、可变的孔隙率和多样的结构[16],[17]。在磁性MOF系统中，有机框架提供的介电损耗与金属位点产生的磁损耗相结合，从而实现了有效的能量耗散[18]。特别是含Fe的MOFs能够提供超过-50 dB的反射损耗[19]。此外，与MOF相关的产物（如多孔Ni/C微球）也表现出优异的吸收特性[20]。基于Zn的MOFs尤其具有前景，因为它们具有良好的电性能和简单的合成方法[21]。

在本研究中，通过改进的自燃工艺合成了SrFe₁₂O₁₉粉末，该工艺使用了两种表面活性剂，并进行了后续烧结处理。Zn-MOF纳米片通过沉淀法制备，而SrFe₁₂O₁₉-Zn-MOF复合材料则是通过机械合金化方法制备的。这些复合材料在X波段频率范围内进行了测试，由于其阻抗和衰减性能，观察到明显的微波吸收增强效果。

章节摘录

材料

本研究使用了未经额外处理的科研级化学前体。所有实验均使用Millipore双蒸馏水（DI H₂O）进行。所用的DI水电阻率为18 MΩ·cm。使用的化学试剂包括：十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、月桂基硫酸钠（SLS）、碳酸锶（SrCO₃）、九水合硝酸铁[(Fe(NO₃)₃.9H₂O]和冰醋酸，均由Sisco Research Laboratories Pvt. Ltd.（SRL）提供。六水合硝酸锌[Zn(NO₃)₂.6H₂O]也来自同一公司。

结构和形态分析

采用X射线衍射（Fig. 2）研究了合成的SrFe₁₂O₁₉、Zn-MOF和SrFe₁₂O₁₉-Zn-MOF复合材料的成分和晶体学特性。Zn-MOF的衍射图谱显示出一系列明确定位的衍射峰，分别对应于（200）、（220）、（400）、（420）、（531）、（533）、（551）和（911）晶面，这与立方晶体结构一致[26],[27]。尖锐的衍射峰表明合成材料的结晶度很高。

结论

通过机械合金化制备了轻质SrFe₁₂O₁₉-Zn-MOF复合材料，并证明其是有效的微波吸收材料。通过XRD、FTIR、FE-SEM和VSM等技术对样品的晶体结构、化学键合、形态和磁性能进行了表征。在所有制备的样品中，SZM-C样品的电磁性能最为优异。

CRediT作者贡献声明

Aarushi Ahlawat： 负责撰写初稿、方法论构建、数据分析、概念化。Sachin Tyagi： 负责审稿与编辑、监督工作。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究的第一作者感谢印度新德里的CSIR-UGC提供的财务支持。作者们也对CSIR-CSIO的主任表示感谢，感谢他们的支持和鼓励。

Aarushi Ahlawat|Sachin Tyagi