電磁波吸收材料和裝置在消除通信系統基站、天線裝置、個人終端電磁干擾和泄漏，提升特種裝備隱身性能等方面發揮著重要作用，寬頻帶、強吸收、輕質高效吸波材料一直業界追求目標，對吸波材料進行有效合理的多層級結構設計是重要方向。
最近，西北工業大學孔杰教授課題組在《Chemistry of Materials》上發表了題為“Hollow Porous Bowl-like Nitrogen-Doped Cobalt/Carbon Nanocomposites with Enhanced Electromagnetic Wave Absorption”的論文，設計了一類具有獨特空心碗狀結構的氮摻雜鈷/碳多孔納米復合材料（圖1），碗狀多孔腔體可以調節匹配復合結構與空氣間的阻抗特性，多組分界面極化可協同提升電磁波多重反射和吸收，空心內腔的存在可降低密度，為新型輕質、寬帶、強吸收電磁波吸收材料設計制備提供了新視角和重要參考。
圖1 空心碗狀的氮摻雜鈷/碳多孔納米復合材料（HBN-Co/C）設計及制備示意圖
通過碗狀聚苯乙烯磺化（HBSPS），2-甲基咪唑鈷鹽ZIF-67金屬有機框架結構負載生長及在惰性氣氛中高溫熱解，制備系列空心碗狀的氮摻雜鈷/碳多孔納米復合材料（HBN-Co/C）。HBN-Co/C獨特的多級多孔結構一是有利于電磁波在碗狀結構的凹面產生多次反射/散射，增強耗散效果；二是通過精控制空心結構間距、比表面積和氮摻雜鈷/碳雜原子多種功能界面，導致電磁波與材料界面的多重極化，提升入射電磁波吸收效果（圖2）。當厚度為1.9 mm時，最低反射系數為-42.3 dB（13.3 GHz）；當厚度為1.7 mm時，-10 dB以下的有效吸收帶寬可達5.1 GHz。相比本體材料，吸波性能大幅提升，密度大幅降低，可為輕質高效吸波材料多層級結構設計提供新的視角。
圖2 空心碗狀的氮摻雜鈷/碳多孔納米復合材料電磁波吸收性能及凹面反射/散射/耗散示意圖
以上工作以“Hollow Porous Bowl-like Nitrogen-Doped Cobalt/Carbon Nanocomposites with Enhanced Electromagnetic Wave Absorption”為題發表在Chem. Mater.（2021, 33, 1789-1798）上，梁瑾博士為論文第一作者，孔杰教授為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金項目、陜西省三秦學者創新團隊計劃等支持。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c04734
