北京时间2025年2月19日凌晨，华南理工大学材料学院褚衍辉团队在Matter期刊上发表了一篇题为“Lattice distortion boosted exceptional electromagnetic wave absorption in high-entropy diborides”的研究成果。
该成果报道了一种基于晶格畸变调控高熵二硼化物（HEB）电磁吸波性能的新策略，即通过晶格畸变调控金属空位浓度和局域化学有序度，并利用空位诱导产生的电导损耗和偶极极化损耗，以及局域化学有序诱导产生的界面极化损耗，使HEB吸波剂在在1.5mm的厚度下实现了7.2GHz的吸波带宽。
论文的通讯作者是庄磊副教授、褚衍辉研究员；第一作者是博士研究生顾方超、王戊副教授（深圳技术大学）以及博士研究生孟虹。
无线电磁波通信技术和电子设备为我们的日常生活带来了极大便利的同时，也造成了电磁辐射和电磁干扰等环境问题，对人类健康和信息安全构成了严重威胁。解决上述问题最有效的方法是开发具有“薄、轻、宽、强”特性的先进吸波剂。对于吸收剂而言，结构设计是至关重要的，通常可以跨越微米、纳米和原子三个尺度。通过构筑异质结或复相结构等微纳尺度结构设计的相关工作已大量开展，但通过原子尺度缺陷设计实现材料高效吸波却鲜有报道。高熵陶瓷中严重晶格畸变通常会诱发多种类型的原子尺度缺陷，这为通过调控晶格畸变实现具有优异吸波特性单相吸波剂的开发提供了可能。
图1：晶格畸变的理论预测与实验合成。
研究人员首先通过DFT预测了不同组分HEB的晶格畸变，并随后利用超快高温合成技术（UHTS）合成了相应的3-9元HEB粉体。XRD结果表明所合成3-9元HEB粉体均为单相结构，且其晶格畸变符合预期。STEM-EDS能谱分析表明各金属元素在纳米尺度上分布均匀。
图2：晶格畸变提高HEB的吸波性能。
吸波性能测试结果表明，HEB的晶格畸变与其有效吸波带宽呈正相关，其中9HEB样品的晶格畸变最大，可以在1.5mm的厚度下实现7.2GHz的吸波带宽，优于先前报道的单相吸波材料（图2）。
图3：局域化学有序诱导产生的界面极化损耗。
实验和理论结果表明，晶格畸变可以诱导产生三种电磁波损耗机制，进而提高HEB的吸波性能。
（1） 通过HAADF-STEM结合EDS能谱元素降噪技术证实，晶格畸变会导致HEB产生局域化学有序，即金属元素出现局域偏聚现象（图3）。这些局域偏聚的金属元素可以被认为是具有共格界面的异质“纳米团簇”，而当电子移动到这些“纳米团簇”的界面时，其可以作为阻碍电子传输的阻挡层，导致界面两侧出现正负电荷分离，进而增强界面极化损耗。
图4：金属空位诱导产生的电导损耗和偶极极化损耗。
（2） 晶格畸变同时会在HEB中诱发金属空位缺陷，而在空位附近会产生大量的偶极子，引起显著的偶极极化损耗。EPR测试结果表明，金属空位浓度随晶格畸变增大而增大，因而有利于偶极极化损耗的增强（图4）。
（3） 晶格畸变诱发的金属空位缺陷也会造成HEB电导率的显著增加。这是由于金属空位浓度增大能够增加费米能级的态密度，提高HEB的金属性，进而增强HEB的电导损耗（图4）。
相关论文信息： https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102004
