安徽大学/阜阳师范大学Ceram. Int：1237 K, 10 s焦耳热诱导高熵异质结实现 4.0 GHz 有效吸收带宽

1. 背景随着无线通信、雷达探测和高频电子器件快速发展电磁辐射与电磁干扰问题日益突出高效、轻量、宽频的电磁波吸收材料成为功能陶瓷和复合材料领域的重要方向。高熵金属氧化物因多组元协同、晶格畸变和丰富缺陷而具备调控介电损耗的潜力但单一高熵氧化物通常存在衰减能力不足、密度偏高和填料用量较大的问题。将导电或磁性组分引入高熵氧化物并构建稳定异质界面是提升电磁能量耗散效率的关键思路其中原位析出技术能够让金属相从氧化物晶格中迁移并在表面成核为构筑强耦合的金属/氧化物异质结构提供了更直接的路径。2. 论文概要本文中安徽大学张惠及阜阳师范大学王士鹏、张鹏团队提出一种焦耳热辅助析出策略先通过静电纺丝和空气退火制备 La(FeCoNiCrMn)O3 高熵钙钛矿氧化物纤维再在氩气中经 1237 K、10 s 的瞬时焦耳热处理使 B 位过渡金属从 HEO 晶格中析出并在纤维表面形成高熵合金纳米颗粒从而得到 HEO/HEA 异质结。该结构在保持一维纤维骨架的同时引入磁性金属相、氧空位和金属/氧化物界面使 HEO/HEA-40 的最小反射损耗达到 -53.7 dB有效吸收带宽达到 3.68 GHzHEO/HEA-50 的有效吸收带宽可达 4.0 GHz并在 RCS 仿真中表现出更强的雷达散射削弱能力。作者将性能提升归因于导电损耗、磁损耗、界面极化和氧空位诱导的缺陷偶极极化之间的协同。3. 图文解读图 1该图建立了“静电纺丝-退火-焦耳热析出”的结构证据链。XRD 显示 HEO 保持 LaFeO3 型钙钛矿主相焦耳热处理后新增 FCC 金属相衍射峰说明过渡金属成功析出SEM/TEM 表明纤维骨架仍保持一维形貌表面生成约 20 nm 的纳米颗粒HRTEM 中 HEO(121) 的 0.278 nm 晶面间距与 HEA(111) 的 0.225 nm 晶面间距相邻出现界面附近可见晶格畸变证明高熵氧化物/高熵合金异质结已原位形成。图 2XPS 全谱确认 HEO/HEA 中同时存在 O、La、Mn、Co、Ni、Cr、Fe 等元素La 3d 结合能偏移反映析出后局部电子环境发生改变。O 1s 分峰和 EPR 信号共同显示HEO/HEA 中氧空位浓度明显高于原始 HEOFe、Co、Ni、Cr、Mn 的高分辨 XPS 中同时出现零价金属态和氧化态进一步证明表面 HEA 金属相与 HEO 氧化物基体共存并为后续导电损耗、缺陷极化和界面极化提供物理基础。图 3吸收性能图显示原始 HEO 的 RLmin 仅为 -2.9 dB说明单相高熵氧化物衰减能力有限引入 HEA 后性能显著增强其中 HEO/HEA-40 的 RLmin 达 -53.7 dB、EAB 为 3.68 GHzHEO/HEA-50 的 EAB 提升至 4.0 GHz。对比不同填料含量可见40 wt% 在强衰减与阻抗匹配之间取得更优平衡而 50 wt% 虽拓宽带宽但峰值吸收有所回落说明吸波材料并非导电/磁性组分越多越好关键在于损耗能力与电磁波进入能力的协同。图 4RCS 仿真从应用层面验证了材料的电磁散射削弱能力。与理想金属板 PEC 相比涂覆 HEO/HEA 后的散射强度明显下降并且随填料含量增加而进一步降低HEO/HEA-50 在宽角度范围内 RCS 基本低于 -5 dB平均值约为 -22.0 dB说明该异质结涂层不仅在同轴环测试中具有吸收峰值优势也具备面向雷达隐身涂层场景的电磁能量耗散潜力。图 5电磁参数揭示了性能提升的机制来源。随着 HEA 含量增加复介电常数和复磁导率同步升高例如 2 GHz 下 HEO/HEA-50 的 ε、ε、μ、μ 均明显高于 HEO说明金属析出相同时强化了电响应与磁响应磁损耗角正切在多数频段高于介电损耗角正切表明磁损耗贡献突出。涡流损耗因子显示低频段主要受自然共振控制高频段涡流损耗增强同时 HEO/HEA 具有更高衰减常数和更接近 1 的阻抗匹配解释了其强吸收与较宽带宽的共同来源。图 6机制示意图将本文的吸波过程概括为四类协同损耗HEA 纳米颗粒提高导电通道并引发导电损耗磁性金属相带来自然共振和涡流相关磁损耗HEO/HEA 异质界面促进电荷积累与界面极化焦耳热析出诱导的氧空位和晶格畸变产生缺陷偶极极化。上述机制共同改善“电磁波进入-传输-耗散”的全过程是 HEO/HEA 相比单相 HEO 性能跃升的根本原因。4. 总结展望这项工作的重要价值在于将高熵氧化物从单一介电损耗材料拓展为原位耦合的金属/氧化物高熵异质结通过焦耳热快速析出同步实现磁性金属相引入、异质界面构筑和氧空位调控从而显著提升电磁波吸收性能。后续研究可进一步聚焦析出颗粒尺寸和空间分布的精确控制、低填料含量下的宽频阻抗匹配、复杂服役环境中的热稳定与抗氧化能力以及静电纺丝-焦耳热处理的连续化放大制备若这些问题得到解决该类 HEO/HEA 异质结构有望成为轻量化隐身涂层、高频电子防护和宽频电磁兼容材料的重要候选体系。参考论文Shipeng Wang, Qianqian Li, Zheng Yang, Xihu Wang, Qiangchun Liu, Peng Zhang, Hui Zhang,Joule-Heating Assisted Exsolution for Constructing High-Entropy Heterojunction toward Enhanced Electromagnetic Wave Absorption,Ceramics International,2026,ISSN 0272-8842,https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2026.06.135.