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?【DFT+實驗】華理Nano-Micro Lett.：ov-Nb2O5/CNS實現高衰減微波吸收

將納米半導體集成到電磁波吸收材料中是一種提高介質極化損耗的理想策略，但實現高衰減微波吸收和深入理解介質損耗機理仍具有挑戰。基于此，華東理工大學龍東輝教授和牛波博士后等人報道了將富氧空位的超細Nb₂O₅半導體封裝在碳納米片中（ov-Nb₂O₅/CNS），以增強介質極化并實現高衰減。ov-Nb₂O₅/CNS在2.76 mm處實現了-80.8 dB（＞99.999999%波吸收）的極高衰減性能。此外，ov-Nb₂O₅/CNS通過固化成吸收波、可加工和散熱的板材，具有良好的應用潛力。

作者研究了Nb₂O₅-碳（Nb₂O₅-C）和NbC-C結構的電荷密度分布，從理論上揭示Nb基納米顆粒誘導的界面極化。電荷在這些異質界面上分布不均勻，其中不規則的黃色和藍色區域分別對應于電子的聚集和分散。

在Nb₂O₅-C異質界面處，電子離域進入Nb₂O₅，而離域電子則從C和NbC流向Nb₂O₅-C界面的中間區域。NbC-C異質界面表現出明顯的電荷分離效應，增強了界面極化能力。具有豐富的Nb₂O₅納米顆粒的ov-Nb₂O₅/CNS有大量的NbC-C異質界面。因此，ov-Nb₂O₅/CNS可通過增強界面極化損耗來增強電磁能量耗散。

此外，Nb₂O₅納米顆粒中豐富的氧空位缺陷有助于ov-Nb₂O₅/CNS中優異的電偶極子極化。同時，作者利用第一性原理計算估計了Nb₂O₅完美構型和ov-Nb₂O₅的電荷分布。完美型Nb₂O₅中的電荷分布相對均勻，而隨著兩個氧空位的存在，電子在空位位點離域并進入附近的氧原子，導致電荷分離。隨后，ov-Nb₂O₅中產生電偶極子，在外加電磁場中誘導形成電子偶極子極化振蕩。

因此，具有豐富氧空位的Nb₂O₅納米顆粒可作為電子偶極子極化振蕩單元，有效地提高ov-Nb₂O₅/CNS的介電損耗能力。

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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