将纳米半导体集成到电磁波吸收材料中是一种提高介质极化损耗的理想策略，但实现高衰减微波吸收和深入理解介质损耗机理仍具有挑战。基于此，华东理工大学龙东辉教授和牛波博士后等人报道了将富氧空位的超细Nb2O5半导体封装在碳纳米片中（ov-Nb2O5/CNS），以增强介质极化并实现高衰减。ov-Nb2O5/CNS在2.76 mm处实现了-80.8 dB（＞99.999999%波吸收）的极高衰减性能。此外，ov-Nb2O5/CNS通过固化成吸收波、可加工和散热的板材，具有良好的应用潜力。
作者研究了Nb2O5-碳（Nb2O5-C）和NbC-C结构的电荷密度分布，从理论上揭示Nb基纳米颗粒诱导的界面极化。电荷在这些异质界面上分布不均匀，其中不规则的黄色和蓝色区域分别对应于电子的聚集和分散。在Nb2O5-C异质界面处，电子离域进入Nb2O5，而离域电子则从C和NbC流向Nb2O5-C界面的中间区域。NbC-C异质界面表现出明显的电荷分离效应，增强了界面极化能力。具有丰富的Nb2O5纳米颗粒的ov-Nb2O5/CNS有大量的NbC-C异质界面。因此，ov-Nb2O5/CNS可通过增强界面极化损耗来增强电磁能量耗散。此外，Nb2O5纳米颗粒中丰富的氧空位缺陷有助于ov-Nb2O5/CNS中优异的电偶极子极化。同时，作者利用第一性原理计算估计了Nb2O5完美构型和ov-Nb2O5的电荷分布。完美型Nb2O5中的电荷分布相对均匀，而随着两个氧空位的存在，电子在空位位点离域并进入附近的氧原子，导致电荷分离。随后，ov-Nb2O5中产生电偶极子，在外加电磁场中诱导形成电子偶极子极化振荡。因此，具有丰富氧空位的Nb2O5纳米颗粒可作为电子偶极子极化振荡单元，有效地提高ov-Nb2O5/CNS的介电损耗能力。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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