原文出自Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊

Cite this article:

Yu G, Shao G, Xu Z, et al. Hierarchical interface-engineered magnetic graphene-sicn aerogels via stepwise confinement strategy for low-frequency and broadband microwave absorption. Journal of Advanced Ceramics, 2025, https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221187

文章DOI：10.26599/JAC.2025.9221187

ResearchGate：Hierarchical interface-engineered magnetic graphene-sicn aerogels via stepwise confinement strategy for low-frequency and broadband microwave absorption

1、导读

军民用电子通讯技术的快速发展对控制低频微波频段电磁辐射污染问题提出了严峻的挑战。本研究提出一种逐步限域策略，通过在石墨烯气凝胶中原位生长ZIF-67衍生的Co/CoO磁性纳米晶与SiCN陶瓷层，构筑0D-2D及2D-2D多级异质界面，显著增了磁性石墨烯-SiCN气凝胶界面极化与磁-介电协同损耗，实现了低频（5.52 GHz）强吸收与低厚度宽频（7.89 GHz）电磁波吸收。该项工作为新一代高性能电磁波吸收材料设计提供了重要思路。

2、研究背景

电磁波管理材料的创新对新一代电磁技术和通信设备的发展至关重要，在国防、交通、航空航天和医疗保健等领域有着广泛应用。尽管较多已报道的碳基吸波材料在中高频段展现出了良好的电磁波吸收和雷达散射截面缩减能力，但在实现低频吸收时仍面临巨大挑战。为应对日益复杂的电磁环境，特别是5G通信所频繁使用的Sub-6G中低频段，开发高性能轻质低频吸波材料并探明其吸收机制尤为关键。

3、文章亮点

通过逐步限域生长策略，在石墨烯气凝胶中原位构筑0D-2D与2D-2D多级异质界面，显著增强材料的界面极化与介电频散能力。

磁性石墨烯-SiCN气凝胶在5.52 GHz最低反射损耗达−60.63 dB，并在仅 2.4 mm厚度下获得7.89 GHz有效吸收带宽，突破低频吸收与宽频覆盖难题。

4、研究结果及结论

碳材料对电磁波的损耗机制大多以导电损耗为主，低频下介电常数虚部急剧上升通常会导致阻抗失配。通过增强极化损耗在整个损耗机制中的占比能够实现低频阻抗优化，而异质界面工程被证明是增强材料极化损耗的有效手段。因此，采用逐步限域生长策略，首先通过原位生长实现 ZIF-67 在石墨烯气凝胶骨架上的均匀负载，其次通过浸渍聚硅氮烷前驱体以及随后的热处理工艺，在气凝胶骨架表面形成连续致密的SiCN陶瓷层，从而实现多级异质界面的原位构建。

图1 磁性石墨烯-SiCN气凝胶的合成路径与微观形貌

相较GA-800 与 GM-800样品，GMS-800 与 GMSM-800 在约 11.2 GHz 处表现出显著的ε″极化峰，表明 2D-2D 异质界面显著增强了界面极化与弛豫过程。在低频区域，GA-800 与 GM-800 由于导电损耗占主导而导致阻抗失配，而引入 SiCN 纳米层后的样品则有效抑制了低频导电损耗并显著提升了极化损耗占比，改善了低频阻抗匹配特性。在电磁波吸收性能方面，GA-800虽具有6.59 GHz的有效吸收带宽，但其 RL_min仅为-25.48 dB；GM-800虽引入0D-2D异质界面但仅实现有限增强；而 GMS-800 通过协同构筑0D-2D与2D-2D异质界面，实现了-62.6 dB 的强吸波能力，但低频性能仍受限。相比之下，GMSM-800 通过多级异质界面的精细构筑，在5.52 GHz 实现了-60.63dB的最低反射损耗，同时在仅2.4 mm厚度下获得7.89 GHz有效吸收带宽，表现出优异的低频与宽频协同吸波能力。

图2 磁性石墨烯-SiCN气凝胶的介电常数及吸波性能

5、作者及研究团队简介

邵高峰，南京信息工程大学，化学与材料学院，校聘教授，入选江苏省科协青年科技人才托举工程。主要研究方向为碳-陶瓷气凝胶材料，目前以第一或通讯作者在Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Advanced Science等期刊发表论文40余篇，其中江苏省自然科学百篇优秀学术成果论文1篇，ESI 热点论文2篇，ESI 高被引论文5篇，担任Carbon Energy，Engineered Science期刊青年编委，以第一发明人获授权发明专利 10 项；主持国家自然科学基金，江苏省自然科学基金，中国博士后特别资助、面上资助等；曾获江苏省科学技术二等奖，江苏省颗粒学会科技创新特等奖，江苏省复合材料学会科技进步一等奖等。

黄啸谷，教授，博士生导师。先后入选江苏省“333高层次人才培养工程”中青年科技领军人才、国家人社部博管办“香江学者”计划、江苏省军民融合领军专家、江苏省“六大人才高峰”高层次人才。作为第一完成人获得江苏省教育教学与研究成果奖、江苏颗粒学会科技创新特等奖、江苏省复合材料学会科技进步一等奖、江苏省自然科学百篇优秀学术成果奖等科研奖励。主持科技委基础加强计划、国家自然科学基金、教育部装备联合基金、国防基础科研项目、预研领域基金等科研项目20余项。在SCI学术期刊发表论文100余篇，获得授权发明专利30余件，筹建校企研究院3家，实现科研成果转化。

《先进陶瓷（英文）》（Journal of Advanced Ceramics）期刊简介

《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为清华大学林元华教授、郑州大学周延春教授和广东工业大学林华泰教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。现为月刊，2024年发文量为174篇；2025年6月发布的影响因子为16.6，连续5年位列Web of Science核心合集“材料科学，陶瓷”学科33种同类期刊第1名；2024年11月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目；2025年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学1区Top期刊。2023年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台SciOpen独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。

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