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?【DFT+實(shí)驗(yàn)】華理Nano-Micro Lett.：ov-Nb2O5/CNS實(shí)現(xiàn)高衰減微波吸收

將納米半導(dǎo)體集成到電磁波吸收材料中是一種提高介質(zhì)極化損耗的理想策略，但實(shí)現(xiàn)高衰減微波吸收和深入理解介質(zhì)損耗機(jī)理仍具有挑戰(zhàn)。基于此，華東理工大學(xué)龍東輝教授和牛波博士后等人報道了將富氧空位的超細(xì)Nb₂O₅半導(dǎo)體封裝在碳納米片中（ov-Nb₂O₅/CNS），以增強(qiáng)介質(zhì)極化并實(shí)現(xiàn)高衰減。ov-Nb₂O₅/CNS在2.76 mm處實(shí)現(xiàn)了-80.8 dB（＞99.999999%波吸收）的極高衰減性能。此外，ov-Nb₂O₅/CNS通過固化成吸收波、可加工和散熱的板材，具有良好的應(yīng)用潛力。

作者研究了Nb₂O₅-碳（Nb₂O₅-C）和NbC-C結(jié)構(gòu)的電荷密度分布，從理論上揭示Nb基納米顆粒誘導(dǎo)的界面極化。電荷在這些異質(zhì)界面上分布不均勻，其中不規(guī)則的黃色和藍(lán)色區(qū)域分別對應(yīng)于電子的聚集和分散。

在Nb₂O₅-C異質(zhì)界面處，電子離域進(jìn)入Nb₂O₅，而離域電子則從C和NbC流向Nb₂O₅-C界面的中間區(qū)域。NbC-C異質(zhì)界面表現(xiàn)出明顯的電荷分離效應(yīng)，增強(qiáng)了界面極化能力。具有豐富的Nb₂O₅納米顆粒的ov-Nb₂O₅/CNS有大量的NbC-C異質(zhì)界面。因此，ov-Nb₂O₅/CNS可通過增強(qiáng)界面極化損耗來增強(qiáng)電磁能量耗散。

此外，Nb₂O₅納米顆粒中豐富的氧空位缺陷有助于ov-Nb₂O₅/CNS中優(yōu)異的電偶極子極化。同時，作者利用第一性原理計算估計了Nb₂O₅完美構(gòu)型和ov-Nb₂O₅的電荷分布。完美型Nb₂O₅中的電荷分布相對均勻，而隨著兩個氧空位的存在，電子在空位位點(diǎn)離域并進(jìn)入附近的氧原子，導(dǎo)致電荷分離。隨后，ov-Nb₂O₅中產(chǎn)生電偶極子，在外加電磁場中誘導(dǎo)形成電子偶極子極化振蕩。

因此，具有豐富氧空位的Nb₂O₅納米顆?？勺鳛殡娮优紭O子極化振蕩單元，有效地提高ov-Nb₂O₅/CNS的介電損耗能力。

Ultrafine Vacancy-Rich Nb₂O₅ Semiconductors Confined in Carbon Nanosheets Boost Dielectric Polarization for High-Attenuation Microwave Absorption. Nano-Micro Lett., 2023, DOI: https://doi.org/10.1007/s40820-023-01151-0.

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