北京
高熵氧化物（HEOs）是一种由氧和五种以上金属阳离子组成的稳定晶体材料，具有优异的耐磨耐腐蚀性能。其独特之处在于能够通过巧妙的设计组合和制备工艺，调节微观组织并激发 “鸡尾酒效应” 。通过引入高熵氧化物材料能够显著提升材料的吸波性能。这种提升主要归功于高熵材料引发的原子间畸变和缺陷，这些畸变和缺陷为电荷的积累或损耗提供了丰富的活性位点。特别地，与非磁性高熵陶瓷相比，磁性高熵氧化物因其较高的复磁导率，在电磁波吸收方面展现出更为卓越的性能。同时构造特殊的微结构也是提升性能的关键因素，如多孔结构、多层结构、核壳结构或微球结构，这些结构可以提供大量的空穴或空隙，构建丰富的异质界面或导电网络，从而触发多重弛豫损耗机制，优化阻抗匹配。
在这项工作中，三峡大学叶喜葱团队基于材料组分的优化和微结构的策略，提出一种(CoCrFeMnNi)3O4 @C (CoCrFeMnNi高熵氧化物@C) 双核壳的复合材料的制备方法及微波吸收性能研究，该复合材料采用高温氧化-碳化成壳-粉末静净成型法制备而成。结果表明，在石墨烯含量为7wt%，厚度为2.22mm时，最小反射损耗 (RLmin) 为−50.36dB，有效吸收带宽 (EAB) 为5.20GHz。(CoCrFeMnNi)3O4的离子质量、晶体尺寸、化合键的状态及显著的晶格畸变，在材料内部产生了有利于微波吸收性能的结构缺陷。除此之外采用双核壳结构引入了新的异质界面和降低C材料高导电性提升阻抗匹配性能。因此本文为构建磁电介质协同以及具有双核壳微波吸收材料的设计提供了新的思路和见解，有望推动微波吸收材料朝多场景下的应用。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154777
Fig.1. HEOs@C双核壳复合材料的制备工艺示意图
Fig.2. (a) CoCrFeMnNi, (b) (CoCrFeMnNi)3O4, (c) (CoCrFeMnNi)3O4@C的粉末SEM图和相应的EDS映射
Fig.3. HEOs@C双核壳复合材料的 (a) TEM图像，(b) 高分辨率TEM图像，(b1，b2) 内部微缺陷，(c) 电子衍射斑点和 (d) TEM-EDS映射
Fig.4. 不同复合材料拉伸实验的断面SEM图：(a,b) HEOs@C-GR/PLA-0, (c,d) HEOs@C-GR/PLA-3, (e,f) HEOs@C-GR/PLA-4, (g,h) HEOs@C-GR/PLA-5, (i,j) HEOs@C-GR/PLA-6, (k,l) HEOs@C-GR/PLA-7, (m,n) HEOs@C-GR/PLA-8. (o)拉伸强度，(p)断裂延伸率
Fig.5. HEOs@C-GR/PLA 复合材料的反射损耗和三维投影： (a，a1）HEOs@C-GR/PLA-0，（b，b1）HEOs@C-GR/PLA-3，（c，c1）HEOs@C-GR/PLA-4，（d，d1）HEOs@C-GR/PLA-5，（e、 e1）HEOs@C-GR/PLA-6，（f，f1）HEOs@C-GR/PLA-7，（g，g1）HEOs@C-GR/PLA-8，（h）HEOs@C-GR/PLA-7 复合材料的四分之一波长
Fig.6. HEOs@C-GR/PLA 复合材料的微波吸收损耗机理
总的来说，双核壳高熵微球结构采用高温氧化-碳化工艺两步法制备而成，再结合粉末静净熔融成型技术，成功制造出HEOs@C-GR/PLA复合样品。这种稳定的高熵材料不仅在局部元素分布和原子结构上建立了密切的联系，其核壳结构还创造出丰富的异质界面和导电网络，激活了多重德拜弛豫过程，优化了阻抗匹配，从而显著提升了材料的微波吸收性能。
这一优异的微波吸收性能得益于介电损耗和磁损耗的协同效应。一方面，HEOs@C的双核壳结构在维持高结晶度的同时，引入了大量晶格畸变和氧空位；另一方面，HEOs的加入有效调节了高含量GR所带来的高电导率，进一步提升了复合材料的阻抗匹配性能。这些因素相互作用和相互补充，共同增强了复合材料的综合吸收效能。具有高熵结构的复合微波吸收材料为实现高性能吸波材料的设计开辟了新路径，对推动相关材料领域的发展具有重要的意义。
来自微信公众号“材料科学与工程”。感谢论文作者团队大力支持。
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