随着无线电通信和电子信息技术的迅猛发展，电磁辐射污染问题日益凸显，对电子设备的稳定性和人体健康造成了严重威胁。电磁波吸收材料，通过将电磁能转化为其他形式的能量，为解决上述问题提供了有效途径，因此受到了国内外研究人员的广泛关注。其中，合理设计复合材料的微结构和缺陷，能够增加损耗机制和阻抗匹配的调控自由度，被认为是优化电磁波吸收性能的关键措施。
在此背景下，中北大学苏晓岗/刘亚青团队与空军工程大学许河秀教授、西北工业大学吴宏景教授通过可控原子迁移方法设计一种杂原子硫掺杂碳纳米纤维/中空硫化钴杂化气凝胶，并创新地提出缺陷-中空结构优先反应调控电磁波吸收性能的策略。具体而言，以细菌纤维素和钴盐为原料，经过选择氧化、物理交联、定向冷冻干燥、高温处理和硫化等步骤得到杂化气凝胶。其中，硫化过程涉及到Kirkendall效应和掺杂反应，改变硫蒸汽浓度可精确调节空心结构和掺杂程度。研究发现，低浓度的硫蒸汽主要用于结构调控，而高浓度的硫蒸汽则能够实现结构和缺陷的共同调控，这主要归因于两者反应的热动力学差异。结合实验和理论方法，深入研究了优先效应与电磁波吸收性能之间的耦合关系。最终制备出的杂化气凝胶展现出优异的性能，最大反射损耗达到-52.82 dB，有效吸收带宽为8.82 GHz。此外，其出色的隔热和超疏水性使其在红外隐身和自清洁方面展现出潜在的应用价值。相关研究成果已以“Controllable atomic migration in microstructures and defects for electromagnetic wave absorption enhancement”为题，在线发表于国际知名期刊《Advanced Functional Materials》。
图文导读
图1.CSC气凝胶的制备流程和微观表征
图2. CSC气凝胶的基础表征
图3.CSC气凝胶电磁波吸收特性分析
图4.电磁波吸收的验证和多功能特性的开发
小结
本文基于Kirkendall效应和杂原子硫掺杂碳，提出了通过控制硫原子迁移来精确构建结构和缺陷的策略，并进行了实验验证。揭示了硫蒸汽浓度与空心结构和缺陷两者形成的作用机制，并发现它们之间的优先反应与电磁参数、吸波性能的关联性。最终，该气凝胶实现了良好的阻抗匹配、界面极化、缺陷极化和电导损耗，最大反射损耗为- 52.82 dB, 有效吸收带宽为8.82 GHz。这项工作为高性能电磁吸波材料的设计提供了新的思路。
来源：高分子科学前沿