随着人们对电子设备的依赖性不断增强，电子设备中产生的电磁辐射也随之增加，电磁辐射不仅会影响电子设备的性能，还会对人体健康造成危害，并危及信息安全。此外，随着雷达探测水平的不断提高，对新一代武器装备的电磁隐身性能提出了更高的要求。因此，有效吸收和屏蔽电磁波已成为材料科学和电磁兼容领域的重要课题。

近日，延安大学霍亚杉副教授和何智慧教授团队在国际期刊《Carbon》上，发表了最新研究成果“Design and synthesis of non-homogeneous CoS2/carbon composite nanofibers for enhanced microwave absorption”。研究者通过静电纺丝技术结合高温热解工艺，将CoS2纳米颗粒嵌入多孔碳纤维中，形成非均质CoS2/碳复合纳米纤维。该材料表现出优异的微波吸收性能，在11.1 GHz时实现最小反射损耗‒59.84 dB，有效微波吸收带宽达到4.9 GHz。

此外，研究团队还进行了理论计算，以分析材料的电子结构和介电性能，揭示了导致微波衰减的极化和传导损耗机制。雷达散射截面(RCS)模拟进一步表明，CoS2/碳复合纳米纤维可以显著降低金属背板的强电磁散射，展现出其在躲避雷达波探测方面的潜力。通过研究阻抗匹配和电磁衰减机制，为开发先进的微波吸收器提供了宝贵的见解。

图1：CoS2/C复合纳米纤维的制备和微观形貌。

图1(a)展示CoS2/C复合纳米纤维的合成过程。通过静电纺丝获得的PAN基纤维首先经过碳化形成石墨化Co/C纳米复合纤维，然后经过硫化将Co转化为CoS2，得到CoS2/C复合纳米纤维。图1(b-e)显示了具有不同钴盐浓度的PAN基纳米纤维的SEM图像，图1(f-i)为放大视图。可以看到，纳米纤维表面光滑，直径均一，约为350 nm，钴盐的添加对纤维尺寸的影响很小。后碳化和硫化图像（图 1(j-q)）显示直径为70-90 nm的纳米颗粒嵌入纳米纤维表面，而纳米纤维直径减小至300 nm。在碳化过程中，PAN纳米纤维转变为碳，Co3+离子被还原为金属Co。由于表面能的作用，较小的钴纳米颗粒聚集形成较大的纳米颗粒。硫化后，纤维形貌得以保留（图 1(j-m)），形成3D网络结构，通过放大散射效应来提高电导率并增强衰减。

图2：CoS2/C复合纳米纤维的3D反射损耗及2D映射图。

通过绘制反射损耗(RL)曲线来评估微波吸收性能（图2(a-d)）。CoS2/C-3在匹配厚度为2.5 mm时在 11.1 GHz显示出优异的最小反射损耗，达到‒59.84 dB。值得注意的是，CoS2/C-3的有效微波吸收带宽几乎覆盖整个X波段，凸显了其良好的应用潜力。多次散射、传导损耗、缺陷极化、界面极化和偶极极化的协同作用使得CoS2/C-3复合纳米纤维表现出的强吸收、宽频带、低负载量和相对较低的匹配厚度，使其有望成为高性能微波吸收材料的候选者。

图3：(a) CoS2/C-3的理论模型；(b) 电荷密度差异图；(c) CoS2/C-3和CoS2的理论模拟介电常数；(d) 反射光谱；(e) 损耗函数。

通过第一性原理计算分析了CoS2/C的介电特性，揭示其具有稳定的能量状态，并证实了其磁性。研究表明，电子从CoS2转移至碳纤维，提高了复合材料的导电性并优化了微波吸收性能。CoS2/C复合材料表现出强介电极化效应，增强了介电损耗，从而提升了微波吸收能力。与纯CoS2相比，CoS2/C的实部和虚部介电常数明显更高，表明其具有更强的极化能力和损耗特性。CoS2/C展现出更宽的吸收范围和更低的反射系数，从而进一步提升了微波损耗性能。

图4：制备的CoS2/C复合纳米纤维的RCS仿真结果。

此外，通过电磁和多物理场模拟软件对CoS2/C复合纳米纤维的雷达散射截面（RCS）进行模拟分析，结果表明较低的RCS值意味着更好的微波吸收性能。相比其他吸收材料，CoS2/C-3在‒90°到90°范围内始终保持最低的RCS值（低于‒10 dBm²），并表现出最显著的RCS缩减（23.1 dBm²），表明其优异的电磁波吸收能力。该研究证实了CoS2/C复合纳米纤维的三维网络结构在高频隐身应用（如民用和军事领域）中的潜在可行性。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0008622325001368

人物简介：

霍亚杉，延安大学物理与电子信息学院副教授，硕士生导师。陕西元丰新材料科技有限公司副总工程师，陕西省法学会人工智能与大数据法学研究会理事。主要从事电磁吸收与屏蔽材料的纳米结构调控及其损耗机制的研究、电磁功能材料及超表面电磁器件的研发。先后主持国家自然科学青年科学基金、博士创新基金、延安大学科研专项及多项企业横向科研项目。近年来，在ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Carbon、Science China-Technological Sciences、Journal of Alloys and Compounds、Ceramics International等国内外权威期刊发表论文30余篇，引用次数近500次，单篇引用近100次；申请和获得国家发明专利5项。同时担任Advanced Science、Chemical Engineering Journal、Science China-Chemistry等国内外多家杂志社审稿人。

何智慧，延安大学物理与电子信息学院教授，硕士生导师，先进光电材料与器件陕西省高等学校重点实验室负责人。主要研究超材料结构系统的连续域束缚态特性，金属微纳波导和光栅结构、金属介质混合超表面、石墨烯耦合系统中Fano共振的机理和应用。先后主持国家级、省级，地厅级项目10余项。并在物理和光学领域权威期刊《中国科学：物理学 力学 天文学》、《物理学报》、Carbon、Science China-Technological Sciences、Optics Letters、Optics Express、New Journal of Physics、Journal of Physics D：Applied Physics、Journal of Lightwave Technology 等国内外权威期刊发表论文 70 余篇，被引用 2500 余次，其中 6 篇论文入选“ESI 高被引”论文，此外，还授权发明专利 3 项，获陕西省高等学校优秀科学成果二等奖一项。