北航新闻网12月11日电（通讯员 潘思尧）近日，化学学院王广胜教授团队基于吸波材料原子尺度下的相变工程，实现了介电常数可控调控，在吸波材料的原子尺度调控领域中取得了重要进展，相关研究成果以“Dielectric modulation based on TiO2phase transition engineering”为题，发表于《Advanced Functional Materials》期刊上。化学学院博士生白云霞为该论文的第一作者，王广胜教授、刘大鹏副教授、赵培炎博士后为该论文的通讯作者。

随着通信技术的不断升级，电磁波为人类的生产生活带来了便利，但是也在人类身体健康、设备正常运转等方面造成了诸多困扰，因此开发高效电磁波吸收材料（吸波材料）迫在眉睫。吸波材料性能的优异取决于材料的介电常数，然而纳米材料原子尺度下的本征特性与介电常数关联机制的探索尚有不足。如何通过吸波材料原子尺度下的定制化设计实现材料介电参数的可控制备以及高性能吸波材料的精准设计属于亟需解决的难题。

TiO2是一种常见的半导体材料，晶体结构类型包括锐钛矿相、金红石相、板钛矿相等。在吸波材料领域，锐钛矿相TiO2常被负载在碳基材料中以优化阻抗匹配特性。然而，厘清不同体相的TiO2对复合材料体系电磁特性的影响机制依旧存在挑战。团队成员通过静电纺丝技术与热处理工艺在锐钛矿相TiO2中掺杂具有不同离子半径的过渡金属（Fe、Co、Ni），导致TiO2产生不同程度的晶格失配，诱导锐钛矿相向金红石相发生不同程度的转变，获得不同类型的碳基纳米复合纤维（C-M/TiO2，M=Fe、Co、Ni）。

掺杂金属种类的差异性变化改变了碳基复合纳米纤维中TiO2锐钛矿相与金红石相的比例，实现了在原子尺度下对碳基复合纳米纤维介电常数的定制化精准调控。其中Ni掺杂的相转变程度最高，金红石相TiO2浓度的增加导致复合材料带隙变窄，载流子传输能力增强，使碳基复合纳米纤维具有更高的电导损耗能力；相转变程度的增加产生大量相界面与氧缺陷，诱发更多的界面电荷重分布现象及偶极中心数量，增强了界面极化和偶极极化能力。

C-Ni/TiO2纳米纤维在15 wt.%的填充量下实现了-62.2 dB的低反射损耗；在有效厚度为2.2 mm时，最大有效吸收带宽达到6.4 GHz。此外，C-Ni/TiO2纳米纤维具有优异的远场吸收潜力，仿真结果表明其雷达散射截面与完美导体平板相比降低了24.5 dB·m2.

这项工作的成果为探究材料原子尺度的本征特性调控吸波材料介电常数、吸波性能的规律开辟了新的途径，为航空航天与通讯领域电磁防护技术的发展提供潜在的理论指导与材料支撑。

该研究工作得到了国家自然科学基金委项目等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202526359

（审核：马千里）

编辑：贾爱平