通过吸波材料对入射电磁波能量的衰减，可减少甚至消除电磁波的反射，在电子、通讯设备电磁兼容领域具有广泛的应用。通过材料设计和结构优化，具有高效电磁衰减能力的新型吸波材料陆续涌现，但原料昂贵、合成复杂、污染严重限制了其广泛应用。因此，探索可持续、低成本、高性能的新型吸波材料需求迫切。天然橡胶、木棉、剑麻等热带作物具有量大、来源广、可再生等特点，在制备新型生物质吸波材料方面具有广阔的前景。
近年来，中国热带农业科学院彭政研究员团队依托农业农村部热带作物产品加工重点实验室、先进热作材料国际研究中心等平台，开展热作生物质基电磁新材料研究，取得了系列研究进展。利用稀土金属空轨道的强磁矩特性，采用水热法制备了稀土金属氧化物杂化碳吸波材料【Physical Chemistry Chemical Physics，2018，20，14155；Composites Part B: Engineering，2019，167，477】；利用橡胶-填料界面作用差异，通过控制界面浸润热力学和动力学，调控了电磁损耗填料在橡胶基体中的分布，制备了低填充的柔性吸波复合材料【Composites Part B: Engineering，2016，99，216； European Polymer Journal，2017，92，275; RSC Advances，2017，7，1093；Nanomaterials，2023，13，1644】；在吸波材料结构设计方面，通过构筑具有周期性谐振单元的超表面，获得了有效吸收带宽高达28.64 GHz超宽频柔性吸波材料。
图1. CoFe2O4/CMT微观形貌
近期，该团队利用木棉纤维作为原料，通过可控碳化工艺，制备了具有中空结构的碳微管吸波材料【Materials，2022，15，4845；Polymers，2022，14，4501】。为了改善纯木棉碳微管（CMT）高导电性带来的阻抗不匹配问题，该团队通过水热合成，在CMT表面装饰了具有磁损耗特性的铁氧体（CoFe2O4），制备出具有多层级结构的双损耗型CoFe2O4@CMT杂化材料。CMT和CoFe2O4在结构和性能上的互补性，不仅调和了CoFe2O4@CMT的阻抗匹配和衰减特性，还赋予了CoFe2O4@CMT优异的传导损耗、界面极化、磁滞损耗、散射/反射等多重损耗机制。因此，CoFe2O4@CMT的最优反射损耗达到了-66.78 dB，有效吸收带宽也高达 4.8 GHz；此外，通过简单的厚度调整，可以实现对3.04-18.00 GHz波段电磁波的有效吸收。该研究为基于热作生物质材料，制备绿色、轻质、宽频和高效的吸波材料提供了实验依据和理论支撑。
图2. CoFe2O4/CMT杂化材料吸波性能及电磁衰减机理
相关研究成果以“Hierarchical structure with dielectric/magnetic network from Kapok fiber with enhanced microwave attenuation capacity”为题发表在Industrial Crops & Products上，该团队的赵鹏飞副研究员为第一作者、廖禄生研究员为通讯作者，中国热带农业科学院南亚热带作物研究所宋喜梅副研究员参与了该工作。
以上工作得到国家自然科学基金、广东省/海南省自然科学基金、中国热带农业科学院基本科研业务费等项目资助。
通过吸波材料对入射电磁波能量的衰减，可减少甚至消除电磁波的反射，在电子、通讯设备电磁兼容领域具有广泛的应用。通过材料设计和结构优化，具有高效电磁衰减能力的新型吸波材料陆续涌现，但原料昂贵、合成复杂、污染严重限制了其广泛应用。因此，探索可持续、低成本、高性能的新型吸波材料需求迫切。天然橡胶、木棉、剑麻等热带作物具有量大、来源广、可再生等特点，在制备新型生物质吸波材料方面具有广阔的前景。
近年来，中国热带农业科学院彭政研究员团队依托农业农村部热带作物产品加工重点实验室、先进热作材料国际研究中心等平台，开展热作生物质基电磁新材料研究，取得了系列研究进展。利用稀土金属空轨道的强磁矩特性，采用水热法制备了稀土金属氧化物杂化碳吸波材料【Physical Chemistry Chemical Physics，2018，20，14155；Composites Part B: Engineering，2019，167，477】；利用橡胶-填料界面作用差异，通过控制界面浸润热力学和动力学，调控了电磁损耗填料在橡胶基体中的分布，制备了低填充的柔性吸波复合材料【Composites Part B: Engineering，2016，99，216； European Polymer Journal，2017，92，275; RSC Advances，2017，7，1093；Nanomaterials，2023，13，1644】；在吸波材料结构设计方面，通过构筑具有周期性谐振单元的超表面，获得了有效吸收带宽高达28.64 GHz超宽频柔性吸波材料。
图1. CoFe2O4/CMT微观形貌
近期，该团队利用木棉纤维作为原料，通过可控碳化工艺，制备了具有中空结构的碳微管吸波材料【Materials，2022，15，4845；Polymers，2022，14，4501】。为了改善纯木棉碳微管（CMT）高导电性带来的阻抗不匹配问题，该团队通过水热合成，在CMT表面装饰了具有磁损耗特性的铁氧体（CoFe2O4），制备出具有多层级结构的双损耗型CoFe2O4@CMT杂化材料。CMT和CoFe2O4在结构和性能上的互补性，不仅调和了CoFe2O4@CMT的阻抗匹配和衰减特性，还赋予了CoFe2O4@CMT优异的传导损耗、界面极化、磁滞损耗、散射/反射等多重损耗机制。因此，CoFe2O4@CMT的最优反射损耗达到了-66.78 dB，有效吸收带宽也高达 4.8 GHz；此外，通过简单的厚度调整，可以实现对3.04-18.00 GHz波段电磁波的有效吸收。该研究为基于热作生物质材料，制备绿色、轻质、宽频和高效的吸波材料提供了实验依据和理论支撑。
图2. CoFe2O4/CMT杂化材料吸波性能及电磁衰减机理
相关研究成果以“Hierarchical structure with dielectric/magnetic network from Kapok fiber with enhanced microwave attenuation capacity”为题发表在Industrial Crops & Products上，该团队的赵鹏飞副研究员为第一作者、廖禄生研究员为通讯作者，中国热带农业科学院南亚热带作物研究所宋喜梅副研究员参与了该工作。
以上工作得到国家自然科学基金、广东省/海南省自然科学基金、中国热带农业科学院基本科研业务费等项目资助。
