青岛大学吴广磊：简单工艺构建具有优异微波吸收性能的一维异质结构NiCo@C/ZnO纳米棒

2. 大量层状结构具有丰富的界面极化以及NiCo合金带来的磁损耗能够进一步提高材料的电磁吸波性能。

3. 多组分构造的NiCo@C/ZnO具有高效的电磁吸收性能，在1.9 mm厚度下最小反射损耗可达-60.97 dB，有效吸收带宽可达6.08 GHz。

图1. 一维异质结构NiCo@C/ZnO纳米棒的制备流程图。

从图2(a)中可以观察到ZnO纳米棒的尺寸约为500 nm，且尺寸均匀，从衍射图中可以观察到排列有序的斑点，这证明制备的是单晶ZnO。在NiCo-LDHs@ZnO复合材料的TEM图中可以观察到明显的片状结构均匀的包覆在棒状ZnO上，且层状结构的晶格间距为0.262 nm，对应于NiCo-LDHs的(012)晶面。经过高温煅烧后，得到的NiCo@C/ZnO纳米棒形貌发生了较大变化图2(c)。层状结构出现明显的纳米颗粒，且片层的数量明显减少，从高分辨TEM图中可以看到晶格间距为0.204 nm，这对应着NiCo合金的(111)晶面。

图2. 一维异质结构NiCo@C/ZnO纳米棒系列材料的HRTEM图：(a, a-1, a-2) ZnO，(b, b-1, b-2) NiCo-LDHs@ZnO，(c, c-1, c-2) NiCo@C/ZnO。

从XPS图谱(图3)中，可以观察到存在C 1s，Zn 2p，O 1s，Co2p和Ni 2p元素的特征峰。其中，C 1s高分辨谱图在284.6、286.5和288.5 eV处的特征峰，对应C-C/C=C、C-O和C-C=O键(图3b)。在O 1s高分辨光谱(图3d)中可以观察到531.5、530.6和529.0 eV处的三个特征峰，分别对应样品表面吸附的水或O、氧空位和金属-O (Ni-O/Co-O)键。Co 2p可以被拟合为6个明显的特征峰(图3e)，其中779.2和795.4 eV位置的特征峰归于金属Co，780.6和796.3 eV的特征峰与Co-O键相匹配，最后在788.3和803.4 eV处的特征峰匹配给卫星峰。在Ni 2p高分辨率XPS谱(图3f)中，878.9和860.8 eV处是卫星峰，870.1和855.2 eV处的峰属于Ni-O键。Co-O和Ni-O键中的O可能来源于NiCo合金暴露在空气中的表面氧化。在871.5和853.6 eV处的特征峰与NiCo合金中的金属Ni相匹配。

图3. NiCo@C/ZnO复合材料的XPS光谱：a) 全谱，b) C 1s，c) Zn 2p，d) O 1s，e) Co 2p，f) Ni 2p。

基于相对复介电常数和复磁导率计算可得NiCo@C/ZnO纳米棒系列复合材料的反射损耗特性(图4)。其中ZnO纳米棒的最小反射损耗值虽然达到了-49.01 dB，但是厚度与有效带宽不能令人满意，这是因为ZnO材料虽然出色介电性能，但是却缺乏足够好磁损耗进行相互作用。而一维异质结构NiCo@C/ZnO纳米棒的最小反射损耗值为-60.97 dB，对应厚度为2.4 mm，更在2.0 mm的匹配厚度下，有效吸收带宽达到了6.08 GHz，这是在多种损耗机制的相互搭配下，除了出色的电导损耗和极化损耗之外，涡流损耗和共振损耗也十分出色。

图4. 在2-18 GHz频率下的3维反射损耗图：(a) S-1，(b) S-2，(c) S-3，(d) S-4，(e) S-5和(f) S-6。

图5展示了NiCo@C/ZnO纳米棒复合材料的电磁波吸收机制。由于复合材料的比表面积大，形成导电网络，这有利于在外磁场作用下感应电流传输，使内部电子发生定向迁移，在传导损耗下将电磁能转化为热能，这也是高ɛ”的重要缘故。其次，由于NiCo合金和棒状ZnO之间的层状介质不同，电子会在接触界面上不均匀聚积，导致界面极化，这是NiCo@C/ZnO复合材料具有优异介电损耗的重要原因。第三，NiCo@C复合材料和O空位的存在会导致面对外部磁场的偶极极化，从而促进入射EMW的损失。此外，由NiCo合金的存在引起的涡流损耗和共振损耗则是磁损耗的主要来源。在介电/磁损耗的相互作用下，使得NiCo@C/ZnO复合材料具有出色的吸波性能。

图5. 一维异质结构NiCo@C/ZnO的电磁波吸收机理示意图。