顼建乐博士：开创了TiO2复合材料应用于微波吸收新领域

随着电子信息的高速发展，由电磁波引起的电磁干扰和电磁辐射对电子通信设备及人们生活造成严重的威胁。同时雷达波隐身技术成为国家军事安全的制高点。目前，电磁波吸收材料在信息安全和国土安全等领域发挥着关键作用。传统电磁波吸收材料通常存在密度大、吸收带宽窄及稳定性差等缺点，很难满足目前应用需求。因此，探究轻质、性能优异及化学稳定性的新型吸波材料具有较高现实意义和理论价值。

传统二氧化钛（TiO₂）作为光催化材料被广泛应用于环境与清洁能源等领域，然而单一的TiO₂材料由于表面电子极化较弱且在微波区域响应较差，使得TiO₂并不是传统微波吸收候选材料。近年来，氢化成为一种创新有效的改变材料性能的方法，而氢化处理的二氧化钛（H-TiO₂）作为一种特殊材料，由于其独特的微结构和优异的物理化学性能，成为目前被研究的热点课题之一。最近研究发现，与目前发现的单一介电吸收材料相比，H-TiO₂具有更加优异的介电特性，这为H-TiO₂在微波吸收领域的应用研究提供坚实的基础。

近年来，武汉大学物理科学与技术学院潘春旭课题组博士生顼建乐等，联合贵州大学祁小四教授课题组和南京大学等单位，在充分认识和理解H-TiO₂材料的基础上，结合H-TiO₂材料的国际热点问题，在H-TiO₂及其复合材料的可控制备、表征、微波吸收性能与机制等方面进行了系统与深入的研究。在《Journal of Materials Chemistry C》（工程技术1区top，IF=5.976）；《ACS Sustainable Chemistry &Engineering》（化学2区top，IF=6.140）和《Nanotechnology》（工程技术2区top，IF=3.404）等刊物上发表了系列论文，开创了TiO2复合材料应用于微波吸收新领域。

研究工作的主要创新点如下：

1. 提出了一种新的“密封-转移”方法用于制备氢化二氧化钛（H-TiO₂）。以NaBH₄为还原剂，通过改变还原温度及还原时间，可有效调控氢化程度，选择性制备不同氢化程度的H-TiO₂材料。当TiO₂与还原剂比例为4：2.5，还原温度为425^oC，还原时间为2.5h，可得到一种氢化较强且稳定性较好的黑色H-TiO₂。该方法操作简单、安全、耗能低而且可适用于批量生产。

2. 首次将H-TiO2用于微波吸收材料，揭示其吸波机理。系统分析了H-TiO₂的氢化程度与微波吸收性能关系，深入探讨氢化程度对样品微结构及微波吸收性能影响，提出H-TiO₂材料的电磁波吸收机制。由于氢化处理导致表面形成非晶/晶体核壳结构，使得材料表面偶极子极化程度增强，在外电磁场的作用下，表面自由电子或离子在界面处聚集，引起各种极化驰豫，从而导致较强的电磁波衰减。

3. 采用水热法结合“密封-转移”氢化方法，制备出了一种具有“核-壳”结构的氢化锐钛矿二氧化钛（H-A-TiO₂）包裹磁性Ni球的新型复合吸波材料。实验结果显示，H-A-TiO₂@Ni的微波吸收性能明显优于单一的H-TiO₂，并且具有吸收强，频带宽、厚度薄等优点。通过对其吸波机理研究发现，核-壳结构助于界面极化引起增强弛豫损耗，通过引入外壳H-TiO₂有利于提高材料阻抗匹配；同时，归功于磁性Ni的磁损耗特性，促进H-TiO₂与磁性Ni核的电磁协同效应，从而具有增强的电磁波吸收性能。

4. 提出了一种新的一步“碳化-氢化”方法，用于制备H-TiO₂/非晶碳（H-TiO₂/C）复合材料。首先，在密封空间内对原始TiO₂进行氢化处理；然后，以乙炔为碳源，调控碳化时间，合成一种碳包裹H-TiO₂的复合材料。外壳碳与H-TiO₂异质结构不仅可以提升极化弛豫和介电损耗性能，同时还可以增强电磁波导电损耗性能。实验结果显示H-TiO₂/C复合材料的电磁波吸收性能达到了新型吸波材料的要求，具备“轻、宽、强”等优势。H-TiO₂在复合材料中的应用为新型电磁波材料设计提供了新的思路和设计依据。

论文连接：

[1] Jianle Xu, Li Sun, Xiaosi Qi,Zhongchi Wang, Qiang Fu, and Chunxu Pan. A Novel Strategy to Enhance MultipleInterface Effect by Amorphous Carbon Package Hydrogenated TiO₂ forStable and Effective Microwave Absorption. Journal of MaterialsChemistry C, 2019, online published. DOI: 10.1039/c9tc00483a. 

 [2] Jianle Xu, Xiaosi Qi, Yuan Sun,Zhongchi Wang, Yong Liu, Chengzhi Luo, Bingjie Li, Wei Zhong, QiangFu, ChunxuPan. Tuning the Electromagnetic Synergistic Effects for Enhanced MicrowaveAbsorption Via Magnetic Nickel Core Encapsulated in Hydrogenated Anatase TiO₂Shell. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2018,6(9): 12046-12054.

[3] Jianle Xu; Xiaosi Qi, Chengzhi Luo, JieQiao, Ren Xie, Yuan Sun, Wei Zhong, Qiang Fu, Chunxu Pan. Synthesis andenhanced microwave absorption properties : a strongly hydrogenated TiO₂ nanomaterial.Nanotechnology, 2017, 28: 425701 (12pp).

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