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多相碳化钼基复合材料的设计及其吸波性能的研究

摘要

面对提升军事武器装备的防护与生存能力方面所面临的挑战，基于电磁波吸收

材料的隐身技术于20世纪初首次被引入并应用。经过持续的飞速发展，吸波技术

至今已成为各国在军事领域的竞争热点之一。更重要的，随着无线通讯技术的迅猛

发展，特别是5G的普及和人工智能的出现，人类的生活方式和质量正发生着翻天

覆地的变化。电磁波渗透了人们生活的方方面面，在带来诸多便利的同时，与之而

生的严重的电磁污染问题也日益得到关注。一方面，过量的的电磁波会产生电磁干

扰，影响电子及智能设备的信号通讯甚至是限制正常运行。另一方面，研究表明高

密度的电磁波会对身体健康产生负面的影响，其增加了一系列疾病的患病风险则更

令人担忧。因此高性能电磁波吸收材料的探索对于人与环境和谐共处是不可或缺的。

迄今为止，作为典型的过渡金属碳化物（TMCs），碳化钼在电磁波治理领域的

使用取得了显著进展，这可得益于其独特的电子构型、高电子电导率、出色的稳定

性等优势。碳化钼拥有多种晶格，通过结构设计、组分调控与复合工程，可充分挖

掘多相碳化钼基复合材料的损耗机制，进而获得优异的衰减能力和阻抗匹配特性。

本论文着重探索了多相碳化钼在不同体系下的衰减机理，以期望构建碳化钼吸收电

磁波的普适框架。主要研究内容如下：

（1）通过溶剂热反应合成了甘油酸钼微球作为前驱体，结合不同的刻蚀时间

与温度，从而制备了三种不同结构的钼聚多巴胺空心球，包括单层厚壳、单层薄壳

和内厚外薄双壳。之后通过进一步的热解过程，得到了保留了钼聚多巴胺空心球三

种结构的碳化钼/碳空心球。此外基于碳化钼的多晶相特点，通过改变热处理条件，

还同时构建了具有不同晶格的碳化钼/碳双壳空心球（β-MoC/C-TCN和α-MoC/C-

21-x

TCN）。在进一步的结构表征和微波吸收特性测试中，深入研究了碳化钼/碳空心球

的结构和碳化钼晶格差异对其电磁波吸收特性的影响。最后，双壳结构的碳化钼/

碳空心球具有更优异的微波吸收特点，且α-MoC1-x优化了介电损耗，因此α-MoC1-

x/C-TCN的微波吸收性能更为理想。结果证实了吸波材料的微结构对其电磁波吸收

特性的影响至关重要。

（2）本节中我们引入界面工程，采用盐熔法（SMS）策略，通过冷冻干燥、

高温热解和洗涤等过程，成功合成了一系列具有不同异质界面结构的钼基层级多孔

氮掺杂碳复合材料。通过多方面的表征以及对三电极电化学系统和电磁参数的测试，

深入探讨了如何通过界面工程优化电磁波吸波器的性能。分析表明，由于界面工程

会为材料引入或加强界面极化和传导损耗等机制，因此异质界面的数量和组分对吸

波器的电磁波吸收性能影响较大。通过在MoSe2和层级多孔氮掺杂碳之间引入高导

电性和稳定性的γ-MoC，所制备的MoSe/MoC/PNC复合材料显著提高了电磁波吸

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收性能和稳定性，从而在C、X和Ku波段均获得了优异的RLmin和EABmax，表现

出多频段可调的吸收特点。此外还具有一定的海洋耐腐蚀能力，以应对设计多功能、

多频段的高效电磁波吸收材料的巨大挑战。

（3）本节以具有三维多孔结构的层级多孔碳化钼复合材料为基体，通过进一

步的水热反应在其表面修饰了不同生长程度的二硫化钼。通过多方面表征以及三电

极体系和电磁参数测试等，深入的探索了结构对于阻抗匹配性能的关键优化。该策

略实现了3D@0D@2D的多维复合，更重要的是引入了多重肖特基（Schottky）势

垒。结果表明二硫化钼纳米片的负载程度通过改变表面形貌极大的影响着阻抗匹配

性能。典型的，得益于多种损耗机制及阻抗匹配，所制备的MS/MC/PNC-2复合材

料的微波吸收性能和自防腐性得到改善。通过厚度的调控，其在X、Ku波段都表

现出优越的RLmin与EABmax，具有多频段可调的吸收特点，此外还表现出一定的海

洋自防腐特性。不同维度的材料之间的复合可通过更多的路径的来弥补单组分材料

的电磁波衰减能力的劣势。

关键词：电磁波吸收；碳化钼；介电损耗；晶格调控；界面极化

outer-thinness