《CARBON》：Customizing NiSe
2/CoSe
2-MnO
2 Heterointerfaces with Multiple Topological Structures in Carbon Nanofibers for Efficient Electromagnetic Wave Absorption
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•将多个组件集成到分级纤维中，以实现多种拓扑结构。•丰富的缺陷和多种异质界面会诱导双极行为。•具有多种拓扑结构的复合材料实现了最低反射损耗-56 dB和最大有效吸收带宽7.04 GHz。引言随着科学技术的快速发展，电磁波（EMWs）已成为现代日常生活和军事应用中不可或缺的核心组成
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将多个组件集成到分级纤维中，以实现多种拓扑结构。
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丰富的缺陷和多种异质界面会诱导双极行为。
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具有多种拓扑结构的复合材料实现了最低反射损耗-56 dB和最大有效吸收带宽7.04 GHz。
引言
随着科学技术的快速发展，电磁波（EMWs）已成为现代日常生活和军事应用中不可或缺的核心组成部分，从城市中密集分布的各种电子设备到覆盖全球的通信网络[1][2][3]。然而，电磁波的广泛应用也带来了许多问题，如电磁干扰和电磁污染。电磁污染就像隐藏在现代生活中的“无形杀手”，其对人类的危害日益凸显[4][5]。例如，高强度的电磁辐射会削弱人体的免疫功能。当人体免疫系统暴露在电磁污染中时，免疫细胞的活性可能会受到抑制，从而导致人体对病原体的抵抗力下降。此外，在电磁环境复杂的某些地区，电磁辐射会严重干扰许多电子设备的通信系统和安全运行，严重危及信息安全[6][7]。因此，开发高效的电磁波吸收器以从根本上减少电磁波对电子设备和人类健康的影响具有重大意义。
单一组分的电磁波吸收材料很难获得高效的吸收性能[8]。这主要是由于其高密度、较差的阻抗匹配特性和单一的损耗机制。一般来说，异质结构材料是在材料表面构建或合成不同组分的材料系统。电磁波的吸收性能主要来源于各个组分材料的贡献以及它们之间界面的相互作用[9][10]。根据Maxwell-Wagner-Sillars理论，界面极化现象是由具有不同介电特性和导电性差异的非均匀界面引起的电荷重新分布现象[11]。与均匀界面相比，异质界面存在费米能级差异，电子会迁移以达到平衡的费米能级。在交变电磁场的情况下，载流子聚集及其后的极化松弛过程将产生界面极化现象[12][13]。因此，引入多组分异质界面将激发更强烈的界面极化过程，从而增强电磁波吸收材料的极化损耗性能。
近年来，基于金属有机框架（MOFs）的复合材料具有多组分协调性和可改性性，是制造高性能电磁波吸收材料的合理选择[14][15]。从NiCo双金属MOFs衍生出的金属硒化物对改善复合系统的阻抗特性有积极作用。二氧化锰已被证明是一种有潜力的电磁波吸收候选材料，因为它天然丰富、制备成本低且环保。同时，通过文献综述发现，不同形态和微观结构的MnO2会表现出不同的电磁参数。然而，MnO2与其他介电材料一样，其低衰减能力限制了其吸收强度[16][17]。因此，为了解决这个问题，可以将MnO2与碳纤维[18]、碳纳米管[19]等碳基材料结合使用。例如，Yu等人通过水热法在碳纤维上垂直生长了结构可控的二氧化锰[20]。通过调整溶液的化学成分和反应时间，可以获得片状MnO2和线状MnO2。然而，对于线状结构的MnO2，尽管其比表面积和介电常数较大，但其阻抗匹配性能较差，无法实现优异的电磁波吸收性能。一般来说，片状结构的MnO2具有更好的电磁波吸收性能。
在本文中，使用碳纤维作为基底材料提供介电损耗，同时利用电纺技术将NiCo-MOF嵌入纤维中，在随后的硒化过程中生成双金属硒化物。丰富的界面可以诱导界面极化并提供磁损耗。最后，通过水热法在纤维表面生长一层MnO2纳米片。片状结构不仅能够提高电子传输效率，还能实现电磁波的多次反射和散射。在这个系统中，多种损耗机制共同促进了电磁波的衰减。因此，制备的NCSM@CNFs复合材料具有优异的电磁波吸收性能。该系统构建了能够实现介电-磁协同效应的电磁波吸收材料，也为制造多层结构的电磁波吸收材料提供了一个新的思路。
小节片段
实验材料
三聚酸（C9H6O6）、硒粉（Se，99%）、硝酸钴六水合物（Co(NO3)2·6H2O）、N,N-二甲基甲酰胺（C3H7NO）和硝酸镍六水合物（Ni(NO3)2·6H2O）从国家医药基地化学试剂有限公司购买。高纯度聚丙烯腈粉末（PAN，Mw：80000）从东莞华创塑料化工购买。PVP（(C6H9NO)n）(K30)从远野生物购买。以上药品无需进一步纯化。
NiCo-MOF微球的制备
首先，称取0.145克硝酸镍和0.291克...
组成与结构
具有多种拓扑结构的NCSM@CNFs复合材料是通过电纺和随后的水热方法制备的。具体来说，以碳纤维为基底材料，通过电纺过程将NiCo-MOF微球引入纤维中。在随后的高温处理过程中，由于MOFs中的周期性金属离子节点，金属颗粒可以在配体衍生的碳基质中均匀分布，从而形成丰富的异质界面。
结论
总之，通过一系列方法制备了具有多种拓扑结构的NCSM@CNFs复合材料。通过结构设计和组分调控，该复合材料的电磁波吸收性能得到了显著提升。在此基础上，探究了硒化程度对阻抗特性的影响。实验结果表明，随着硒化程度的增加，阻抗区域得到了持续优化。
CRediT作者贡献声明
徐双：撰写——原始稿件。兰迪：正式分析。吴光磊：撰写——审稿与编辑。张祖义：撰写——原始稿件。程宇航：撰写——原始稿件。贾子睿：撰写——审稿与编辑
利益冲突声明
作者声明，我们与提交的工作没有任何可能构成利益冲突的商业或关联利益。
利益冲突声明
? 作者声明，他们没有已知的可能会影响本文所报告工作的商业或个人关系。
致谢
国家自然科学基金（编号：52377026和52301192）、山东省泰山学者和青年专家计划（编号：tsqn202103057）、山东省自然科学基金（编号：ZR2024ME046和ZR2024QE313）、CPSF博士后奖学金计划（编号：GZB20240327）、山东省博士后科学基金（编号：SDCX-ZG-202400275）、青岛市博士后申请研究项目（编号：QDBSH20240102023）等的财政支持。
Zuyi Zhang|Yuhang Cheng|Shuang Xu|Di Lan|Zirui Jia|Guanglei Wu
