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原文出自Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊
Cite this article:
Xu J, Wu Z, Tan Y, et al. Dual rare-earth modification and interface engineering in SiC-based heterostructures for multi-frequency electromagnetic wave absorption. Journal of Advanced Ceramics, 2026. https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221325
文章DOI：10.26599/JAC.2026.9221325
1、导读
电磁环境日益复杂的趋势对能够实现高效多频衰减的先进电磁波吸收材料提出了迫切需求。碳化硅（SiC）作为一种有前景的介电候选材料，其本征阻抗失配和有限的极化损耗限制了其应用。在此，使用双稀土改性SiC，构建一种新型三元异质结构吸收体（SiC/Ce5Si4/Pr5Si4），富含大量异质界面,诱导强烈的界面极化弛豫。该复合材料在C波段（4.30 GHz）、X波段（8.24 GHz）和Ku波段（16.51 GHz）同时达到-51.89 dB、-64.67 dB和-64.50 dB的强反射损耗，展现出卓越的多频吸收能力。雷达散射截面（RCS）模拟进一步证实其显著的隐身能力。
2、研究背景
随着现代电子信息产业的快速发展，日益复杂的电磁环境所带来的干扰与污染问题已不容忽视。高强度、多频段的电磁辐射不仅严重危害电子设备的稳定运行和信息安全，还对生物健康构成潜在威胁。因此，开发具备覆盖低、中、高频段强多频吸收能力的高性能电磁波吸收材料，已成为前沿材料科学与电磁防护领域的关键研究课题。
SiC作为一种典型的宽禁带半导体材料，具有良好的化学稳定性、耐高温性和可调的介电性能，是一类有前景的下一代介电吸波体。然而，本征SiC具有较高的介电常数，容易导致空气-材料界面处的阻抗失配；同时，其有限的极化损耗能力难以在多频段内实现高效的电磁波耗散。为克服这一瓶颈，研究者普遍采用构建异质结构、引入多孔形貌、复合磁性组分或进行元素掺杂等策略来优化材料的电磁参数。其中，构建异质界面被视为增强界面极化、提升极化损耗的有效途径。此外，稀土元素凭借其独特的4f电子壳层结构和可变的价态，在调控材料电子结构、引入缺陷极化以及增强界面相互作用方面展现出显著优势。然而，现有工作对于双稀土协同作用在SiC基材料异质结构构建、界面极化行为及多频吸波性能方面的调控机制，仍缺乏系统深入的研究。
3、文章亮点
1）采用双稀土（Ce和Pr）改性SiC，利用其协同效应调节电磁参数并优化阻抗匹配。
2）成功构建了SiC/Ce5Si4/Pr5Si4复合材料，其具有多重异质界面，显著增强界面极化效应。
3）实现了三个关键雷达波段（C波段、X波段和Ku波段）的同时高效电磁波吸收，为应对多频段和多干扰源的复杂电磁环境提供了理想的解决方案。
4、研究结果及结论
图1 SiC/Ce5Si4/Pr5Si4异质结构合成过程示意图。
图2 （a、d）SiC，（b、e）SiC/Ce5Si4，（c、f）SiC/Ce5Si4/Pr5Si4的2D RL和3D RL曲线。（g）从SiC到SiC/Ce5Si4/Pr5Si4的组成和结构变化的示意图。
图3对涂有（a）PEC和（d）SiC/Ce5Si4/Pr5Si4涂层的飞机模型进行雷达探测。（b、c）PEC和（e、f）SiC/Ce5Si4/Pr5Si4的（b、e）顶部和（c、f）正面RCS曲线。（g）SiC/Ce5Si4/Pr5Si4异质结构的EMW吸收机制示意图。
通过在SiC基体中添加双稀土Ce和Pr，成功构建了三元SiC/Ce5Si4/Pr5Si4异质结构吸波体。实验结果表明，双稀土的引入不仅通过调控复介电常数优化了阻抗匹配，还在SiC与稀土硅化物之间构建了多重界面，诱导出强烈的界面极化弛豫，这成为主要的损耗机制。结合一维SiC纳米线与零维纳米颗粒构成的三维网络所促进的多重散射等效应，该异质结构在C波段（4.30 GHz）、X波段（8.24 GHz）和Ku波段（16.51 GHz）均实现了低于-50 dB的强吸收，展现出卓越的多频段电磁波衰减能力。为通过多元、多界面协同策略实现多频高效电磁波吸收提供了新的设计理念和机理认识。
5、作者及研究团队简介
曾小军（通讯作者），景德镇陶瓷大学博导，教授，兼任SCI期刊《J. Adv. Ceram.》编委、《现代技术陶瓷》编委。主要研究方向包括电磁功能材料（吸波、屏蔽）以及能源催化材料（电催化水解、燃料电池、超级电容器）。近年来，以第一/通讯作者发表SCI论文110余篇。
许靖怡（第一作者），景德镇陶瓷大学粉体材料科学与工程专业2023级本科生，研究方向为电磁功能材料。
作者及研究团队在Journal of Advanced Ceramics上发表的相关代表作：
1）Wu Z, Huang J, Tan Y, et al. Transition/rare earth metal co-modified SiC for low-frequency and high-temperature electromagnetic response. Journal of Advanced Ceramics, 2025, 14(12): 9221164. https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221164
2）Zeng X, Jiang X, Ning Y, et al. Construction of dual heterogeneous interface between zigzag-like Mo–MXene nanofibers and small CoNi@NC nanoparticles for electromagnetic wave absorption. Journal of Advanced Ceramics, 2023, 12(8): 1562-1576. https://doi.org/10.26599/JAC.2023.9220772
《先进陶瓷（英文）》（Journal of Advanced Ceramics）期刊简介
《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为清华大学林元华教授、郑州大学周延春教授和广东工业大学林华泰教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。现为月刊，2024年发文量为174篇；2025年6月发布的影响因子为16.6，连续5年位列Web of Science核心合集“材料科学，陶瓷”学科33种同类期刊第1名；2024年11月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目；2025年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学1区Top期刊。2023年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台SciOpen独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。
期刊主页：https://www.sciopen.com/journal/2226-4108
投稿地址：https://mc03.manuscriptcentral.com/jacer
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