题目：Dimension-directed MOF derivatives amplify synergistic Maxwell–Wagner–Sillars polarization for broadband microwave absorption
作者：Juan Wang, Cong Yi, Weiran Yan, Jiaxun Hu, Fangzhou Pan, Lin Xiao, Qiwei Wang, Junjie Yan, Jun Li, Wenfeng Wang, Feifei Yang, Xiangyun Huang, Zhaojun Mo, Qikui Man, Jinbo Yang, Guoguo Tan*, Xiao Chi*
DOI：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.122108
一、【导读】
5G卫星通信、雷达探测及电磁隐身技术的快速发展对微波吸收材料的性能提出了薄、轻、宽、强的要求。金属有机骨架（MOF）及衍生物材料具有低密度、组分可调、结构可设计等优势，为电磁波衰减提供了新的平台。研究团队通过构筑0D、1D、2D和3D四种不同维度的Y2O3@C衍生物，系统研究了维度对介电响应和微波损耗机制的影响，并建立了“维度-形状因子-MWS界面极化-介电损耗-微波吸收”之间的关系。研究表明，1D材料表现出最佳电磁波吸收性能，在2.0 mm时，有效吸收带宽达到6.15 GHz，最低反射损耗达到-64.72 dB。此外，通过引入磁性组分BaFe10.6(CuZr)0.7O19优化阻抗匹配，复合材料中磁电参数得到较好的协同，有效吸收带宽拓展至8.23GHz。论文以维度工程为切入点，将几何结构调控与Maxwell–Wagner–Sillars（MWS）界面极化机制相结合，为MOF衍生电磁功能材料的结构设计提供了新的思路。
二、【成果掠影】
本研究通过开发一种尺寸可控调控方法，制备出具有明确零维、一维、二维和三维形貌的Y2O3@C复合体系材料，用于评估维度对介电响应和电磁波吸收性能的调控作用。该成果以题目“Dimension-directed MOF derivatives amplify synergistic Maxwell–Wagner–Sillars polarization for broadband microwave absorption”发表于碳材料及碳纳米材料领域的科学研究期刊Carbon，影响因子为11.6。
三、【核心创新点】
（1）以“维度工程”替代单纯形貌调控，建立可量化的结构设计参数
将0D、1D、2D和3D结构置于统一体系中进行对比，引入有效介质理论，将几何维度与有效介电响应建立定量联系。研究结果表明，不同维度由于几何形态差异，其场因子存在明显区别，并进一步影响有效介电常数。其中，一维结构具有更高的场因子，对应更强的介电响应。研究将传统的形貌效应进一步转化为可分析和计算的几何设计变量。
（2）多维度表征揭示MWS界面极化增强机制
研究结合Kramers–Kronig关系、Cole–Cole弛豫分析及碳K-edge X射线吸收谱等手段，对不同维度材料中的极化与传导损耗进行分析。结果显示，一维结构具有更加明显的极化弛豫特征，同时其碳骨架表现出较高的无序程度和缺陷特征。表明维度变化能够同步影响Y2O3/C异质界面、缺陷分布及载流子传输路径，促进界面电荷积累，从而增强MWS界面极化及偶极极化。这一结果将维度与微观电荷行为联系起来，为理解MOF衍生碳基材料中的介电损耗提供了新的机制视角。
（3）构建“介电筛选—磁电协同”的宽频吸收策略
通过维度工程成功筛选高介电响应Y2O3@C之后，引入磁性组分BaFe10.6(CuZr)0.7O19铁氧体调节材料的磁电参数，实现了介电损耗与磁损耗协同作用。复合体系在1.97 mm厚度下获得8.23 GHz有效吸收带宽，实现了从单一介电损耗体系向磁电协同宽频吸收体系的拓展。
（4）实际电磁环境验证
研究利用HFSS开展雷达散射截面（RCS）模拟，并结合5G信号源进行实际电磁响应测试。结果进一步展示了该材料体系在电磁防护和功能电磁器件中的应用潜力。
四、【数据概览】
Fig. 1. (a)Schematic of the preparation process. (b)SEM images of Y2O3@C-xD; (c)TEM image of Y2O3@C-1D nanostructure; (d)EDS images, (e)XRD and (f)Raman image of Y2O3@C-xD.
Fig. 2. 3D maps of the RL of (a)Y2O3@C-0D, (b)Y2O3@C-1D, (c)Y2O3@C-2D, (d)Y2O3@C-3D; 2D maps of the RL of (e) Y2O3@C-0D, (f)Y2O3@C-1D, (g)Y2O3@C-2D, (h)Y2O3@C-3D; The thickness comparison of EAB and RLmin of (i)Y2O3@C-0D, (j)Y2O3@C-1D, (k)Y2O3@C-2D, (l)Y2O3@C-3D; (m)Comparison diagrams of EAB, RLmin and thickness of Y2O3@C-xD; (n)EAB comparison of the four samples in the X band and Ku band; (o)Comparison of properties of similar materials.
Fig. 3. (a)Dielectric real part; (b)Dielectric imaginary part; (c)Calculated graph of η at different frequency; (d)Conductive loss; (e)polarization loss; (f)X-ray absorption spectra of carbon K-edge, the chemical bonds are separated into three regions (I, II and III) according to bond formation energy.
Fig. 4. Y2O3@C-1D-w%@BaFe10.6(CuZr)0.7O19 of (a)SEM image; (b)Dielectric parameters; (c)Magnetoelectric parameters; (d)EAB of Y2O3@C-1D-5%@BaFe10.6(CuZr)0.7O19; (e)Comparison chart of absorption performance; (f)Comparison of the thickness of RLmin; (g)Impedance matching diagram of Y2O3@C-1D-w%@BaFe10.6(CuZr)0.7O19; (h)Performance comparison chart of Y2O3@C-1D, Y2O3@C-1D-w%@BaFe10.6(CuZr)0.7O19, and BaFe10.6(CuZr)0.7O19 samples.
Fig. 5. (a) The 3D radar wave scattering signals of Y2O3@C-1D-5%@BaFe10.6(CuZr)0.7O19; RCS simulation curve of Y2O3@C-1D, BaFe10.6(CuZr)0.7O19, Y2O3@C-1D-5%@BaFe10.6(CuZr)0.7O19 at (b)30°, (c)60°, (d)90°; (e)Thermal infrared image of Y2O3@C-1D-5%@BaFe10.6(CuZr)0.7O19 material under different durations of 5G signal source irradiation; (f)Mechanism diagram of absorption.
五、【成果启示】
上述研究指出，将维度从传统的形貌描述参数提升为调控MOF衍生物介电响应与微波吸收性能的关键设计变量。通过构建0D、1D、2D和3D的Y2O3@C体系系统建立了“维度—形状因子—MWS界面极化—介电响应—微波吸收”之间的关联。研究表明，在一维结构中，富含缺陷的碳畴和Y2O3/C异质界面导致界面处电荷重新分布和局部电子结构重排，形成丰富的极化中心，促进MWS界面极化弛豫。同时，缺陷引起的局部电子态调制和碳骨架中的载流子迁移有助于提高导电损耗，共同提高电磁波衰减能力。研究提出磁电协同的设计策略，通过引入铁氧体组分改善阻抗匹配，实现有效吸收带宽的进一步拓展，并结合RCS模拟与5G信号测试将材料性能评价延伸至实际电磁环境。本研究不仅为MOF衍生物的维度效应提供了新的认识与机制，更建立了一种从几何维度设计到界面电荷调控、再到宏观电磁性能优化的材料设计思路，为开发轻质、薄层、宽频、强吸收的微波吸收材料提供了新的方法。
