DOI: 10.1016/j.carbon.2022.04.019

开发具有可调谐纳米微结构的高性能电磁波吸收材料（EWAMs）对于解决日益严重的电磁辐射污染问题具有重要意义。内部呈三维分层网络结构的磁性金属纳米粒子在增强电磁波衰减和阻抗匹配间取得了巨大平衡，但其难以构建。在此，研究者采用两步静电纺丝/原位自组装策略，成功合成了3D分层核壳NC@Co/NC纳米纤维网络（NC@Co/NC-900）。N掺杂碳（NC）核纤维（直径约250nm）构建了一个3D导电网络，而Co@C纳米颗粒（直径约20nm）嵌入到N掺杂碳（Co/NC）壳中（厚度约50nm）增强了极化损耗和磁损耗。更重要的是，通过调节900℃的煅烧温度实现了壳内Co@C纳米粒子的可控转变，在15-25nm范围内的窄粒度分布中显示最佳均匀分散。核壳NC@Co/NC-900纤维网络中的均匀多重反射增强了电磁波衰减，优化了阻抗匹配，在11.60GHz时的优异RLmin为-55.82dB，在15wt%低填料负载下显示出7.44GHz的宽EAB。整个X和Ku波段可以完全覆盖4.0和3.0mm的不同厚度。总体而言，这项工作为具有多重反射的3D分层网络提供了一种优越的纳米微结构设计策略。

图1.NC@Co/NC-900的合成路线示意图（a）；PAN/PVP（b）、PAN/PVP/Co（f）和PAN/PVP@ZIF-67（j）前驱体的SEM图像；NC（c-e）、NC/Co（g-i）、NC@Co/NC-900（k-m）的SEM、TEM和HAADF图像。

图2.NC、NC/Co、Co/NC和NC@Co/NC的XPS全扫描光谱（a），以及N1s（b）、C1s（c）和Co2p（d）XPS光谱；NC、NC/Co和Co/NC的N2吸附-解吸等温线（e）和孔径分布图（f）。

图3.NC@Co/NC-800（a）、NC@Co/NC-900（e）和NC@Co/NC-1000（i）的煅烧及示意图；NC@Co/NC-800（b-c）、NC@Co/NC-900（f-g）和NC@Co/NC-1000（j-k）的TEM照片；NC@Co/NC-800（d）、NC@Co/NC-900（h）和NC@Co/NC-1000（l）的相应粒径分布。

图4.NC@Co/NC-900的HR-TEM和EDS映射（a-c）；NC@Co/NC-800、NC@Co/NC-900和NC@Co/NC-1000的N2吸附-解吸等温线（d）、孔径分布图（e）和C1sXPS光谱（f）。

图5.NC（a,d）、Co/NC（b,e）、NC/Co（c,f）、NC@Co/NC-800（g,j）、NC@Co/NC-900（h,k）和NC@Co/NC-1000（i,l）的3D RL和RL等值线图。

图6.NC（a）、Co/NC（b）、NC/Co（c）、NC@Co/NC-800（d）、NC@Co/NC-900（e）和NC@Co/NC-1000（f）的EAB（RL<-10dB）；计算出不同厚度NC、Co/NC、NC/Co、NC@Co/NC-800、NC@Co/NC-900和NC@Co/NC的RLmin（g）和SRL（h）；NC@Co/NC-800和NC@Co/NC-900的有效X波段和Ku波段吸收覆盖（i）。

图7.NC、Co/NC、NC/Co、NC@Co/NC-800、NC@Co/NC-900和NC@Co/NC-1000的介电损耗（tanδε）（a-b）和磁损耗（tanδμ）（c-d）二维等值线图，涡流（C0）（e）和衰减常数（α）（f）。

图8.NC（a）、Co/NC（b）、NC/Co（c）、NC@Co/NC-800（d）、NC@Co/NC-900（e）、NC@Co/NC-1000（f）的2D|Zin/Z0|等值线图。

图9.NC、Co/NC、NC/Co、NC@Co/NC-800、NC@Co/NC-900和NC@Co/NC-1000的最佳|Zin/Z0|值（a）、RLmin值（b）和EWA比较；通过雷达图比较文献中金属有机骨架衍生的钴基EWAMs（d）和静电纺丝金属纳米纤维EWAMs（e）。

图10.NC@Co/NC-900纳米纤维的电磁波吸收机理示意图。