近日，深圳北理莫斯科大學(xué)材料科學(xué)系副教授程俊業(yè)指導(dǎo)的北京理工大學(xué)深北莫專項(xiàng)碩士研究生金永衡同學(xué)，以深北莫為第一單位，其本人為第一作者在《Advanced Materials》期刊發(fā)表題為《Conductance Reinforced Relaxation Attenuation with Strong Metal-N Coordination in Multivariate π-Conjugated MOFs for Integrated Radar-Infrared Camouflage》的研究論文。參與本次研究工作的還有深北莫材料科學(xué)系本科生江山、鄒行健、郭俊杰、任正揚(yáng)，以及北京理工大學(xué)深北莫專項(xiàng)碩士研究生陳慶奎、博士研究生張照松。復(fù)旦大學(xué)車仁超教授為該研究提供了材料表征技術(shù)支持。
隨著低空經(jīng)濟(jì)加速融入智慧城市、應(yīng)急物流、立體交通等新興場景，無人機(jī)作為低空智能裝備的核心載體，其環(huán)境適應(yīng)性、頻譜兼容性與全天候作業(yè)能力成為產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵瓶頸。在此背景下，兼具結(jié)構(gòu)可編程性與電磁響應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)控能力的先進(jìn)功能材料，成為突破無人機(jī)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)瓶頸、護(hù)航低空產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要突破口。
導(dǎo)電金屬有機(jī)框架（MOFs）憑借其優(yōu)異的電導(dǎo)率與結(jié)構(gòu)可調(diào)性，已成為電磁功能材料及電磁輻射控制材料領(lǐng)域中極具應(yīng)用前景的候選材料。然而，如何高效調(diào)控其介電性能并系統(tǒng)闡釋其作用機(jī)制，仍是當(dāng)前面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題。該研究提出了一種面向?qū)щ奙OFs的電磁響應(yīng)優(yōu)化策略，融合組分單元調(diào)控、電子動(dòng)力學(xué)調(diào)節(jié)與先進(jìn)3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料跨尺度性能的協(xié)同優(yōu)化。通過增強(qiáng)π-d共軛效應(yīng)、精細(xì)調(diào)控金屬-配體配位結(jié)構(gòu)，并引入電導(dǎo)增強(qiáng)的弛豫衰減機(jī)制，顯著提升了MOFs的電導(dǎo)損耗與介電極化，從而賦予其優(yōu)異的微波吸收性能。在僅2 mm厚度下，材料實(shí)現(xiàn)了6.0 GHz的寬頻吸收帶寬，在3.5 mm厚度下最低反射損耗達(dá)-46.7 dB。
圖1 導(dǎo)電MOFs的水熱合成方法和雷達(dá)-紅外兼容隱身設(shè)計(jì)策略
此外，通過光固化3D打印導(dǎo)電MOFs材料構(gòu)建的螺旋槳器件同時(shí)具備微波吸收與紅外輻射抑制功能，最大雷達(dá)散射截面（RCS）衰減達(dá)-23.3 dB㎡，紅外發(fā)射率低至0.203；在100 °C加熱平臺(tái)下持續(xù)加熱30 min后，其表面溫度仍維持在50? ℃以下，展現(xiàn)出優(yōu)異的熱管理性能與環(huán)境穩(wěn)定性。所研發(fā)的功能化器件可作為無人機(jī)關(guān)鍵部件，增強(qiáng)其在強(qiáng)電磁干擾、多頻譜探測等復(fù)雜環(huán)境下的隱蔽性與任務(wù)可靠性。該研究構(gòu)建了一條從分子尺度設(shè)計(jì)到宏觀器件制造的全流程技術(shù)路徑，為下一代高性能雷達(dá)/紅外雙頻譜兼容隱身器件的設(shè)計(jì)、工藝及工程化應(yīng)用提供了參考路徑，同時(shí)也深化了對導(dǎo)電MOFs電磁性能調(diào)控機(jī)制的理解，為MOFs材料在多功能隱身領(lǐng)域的拓展應(yīng)用提供了理論支撐。
圖2 導(dǎo)電MOFs基無人機(jī)螺旋槳器件紅外隱身性能評估
該研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，中國航空科學(xué)基金，廣東省教育廳重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)專項(xiàng)資金，教育部高溫電磁材料與結(jié)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金，清華大學(xué)新型陶瓷材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題，深圳市穩(wěn)定支持項(xiàng)目，上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)項(xiàng)目，以及表面物理與化學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金的資助和支持。
論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202501330
