研究背景：

随着第五代移动通信技术（5G）、雷达探测和电子信息技术的高速发展，电磁波在频段、强度和场景上持续扩展，电磁干扰（EMI）与电磁污染问题日益凸显，对信息安全、精密电子设备运行乃至人类健康构成潜在威胁。因此，开发兼具轻量化、宽频带、强吸收且结构可设计的新型电磁波吸收（EMA）材料，已成为材料科学和电磁防护领域的研究热点。然而，现有吸波材料普遍面临“阻抗匹配”与“电磁衰减能力”难以协同优化的核心矛盾，介电常数过高导致电磁波被反射，衰减能力不足致使吸收效率低下。近年来，非对称界面结构（Janus结构）因其在空间组成和功能分布上的不对称性，为调控电磁响应提供了新自由度，但现有研究多停留在宏观层状体系，如何在纳米尺度精确构建Janus界面并揭示其电磁调控机制，仍是亟待突破的科学难题。

文章概述：

近日，郑州航空工业管理学院宋礼猛、郑州大学张锐教授、范冰冰教授以及东南大学胡飞越博士联合团队，在Advanced Science期刊上发表研究论文，提出了一种基于“限域扩散介导界面工程”策略，成功构建了具有明确非对称纳米界面的SiC@C Janus空心纳米球。该结构在仅10 wt.%的超低填料填充量下，实现了最低反射损耗（RLmin）达-62.36 dB、最大有效吸收带宽（EABmax）达7.82 GHz的卓越吸波性能，并展现出显著的雷达散射截面（RCS）缩减效果（24.91 dB·m²）。通过理论计算、电磁仿真与多尺度表征，团队系统揭示了非对称Janus纳米界面通过精细介电调控改善阻抗匹配，同时空心结构与异质界面的耦合引发多重反射、散射和界面极化，协同增强电磁能耗散的物理机制。该工作不仅为纳米尺度电磁调控提供了新见解，也为新一代高性能电磁防护材料的设计开辟了通用化路径。

图文导读：

图1.（a）Janus SiC@C空心纳米球的制备流程示意图；扫描电镜（SEM）图像：（b）SiO2纳米球，（c）SiO₂@酚醛树脂-3，（d）SiO₂@SiC@C-3，以及（e）SC-3样品；（f）SC-3样品的透射电镜（TEM）图像，（g–i）其高分辨透射电镜（HRTEM）图像，其中（h）为碳层的选区电子衍射（SAED）花样，（i）为更高放大倍数下的SiC层HRTEM图像

图2.（a–c）CS、SC-3和SS的三维反射损耗（RL）图；（d–f）CS、SC-3和SS的二维反射损耗等高线图；（g）各样品的RL_min与EAB_max对比；（h）SC-3样品在不同厚度下的RL_min和EAB_max；（i）SC-3与其他先进微波吸收剂的性能对比；（j）涂覆SC-3吸波层的理想导体（PEC）板的三维雷达散射截面（RCS）图；（k）涂覆SC-3层的PEC板的极坐标RCS图；（l）所有样品的RCS缩减值

图3. （a）C层与SiC层异质界面处电子转移及内建电场形成机制的示意图；（b）SiC/C异质界面模型及其对应的三维差分电荷密度分布图（黄色表示电荷积累，蓝色表示电荷耗尽）；（c）SiC与非晶C界面处的二维截面差分电荷密度图（红色表示电荷积累，蓝色表示电荷耗尽）；（d）各样品的介电常数实部ε′，（e）介电常数虚部ε″及（f）介电损耗角正切tan δε；（g）CS、（h）SC-3和（i）SS的归一化输入阻抗|Z_in/Z0|二维分布图；（j、k）SC-3样品的HRTEM图像；（l）沿εxx方向和（m）沿εyy方向对应于（j）区域的应变分布图，其中绿色至深蓝色表示压应变，红色至亮黄色表示拉应变

图4.（a）CS、SC-3和SS样品的电场强度分布与功率损耗密度；（b）SiC/C界面示意图及其对应的功率损耗密度分布；（c）CS、（d）SC-3和（e）SS的ε′–ε″/f关系曲线；（f）各样品的衰减常数（α）；（g）SC-3的TEM图像和（h）离轴电子全息图，以及对应的（i）电荷密度分布图（i1–i2：电信号逐步增强，亮黄色表示高电荷密度）；（j）Janus SiC@C空心纳米球的EMA机理示意图

结论：

该团队提出了一种限域扩散介导的界面工程策略，成功构建了SiC@C Janus空心纳米球，突破了传统宏观分层Janus结构的设计局限，实现了从“宏观功能分区”到“纳米尺度界面精准调控”的跨越。该材料在10 wt.%超低填充量下，兼具-62.36 dB的强吸收、7.82 GHz的宽频带及显著RCS缩减特性，综合性能优于多数已报道的碳基、SiC基及磁性吸波剂。研究证实，非对称Janus纳米界面通过内建电场增强界面极化，结合空心结构的多重散射与碳壳的导电损耗，协同解决了阻抗匹配与衰减能力的矛盾。该工作不仅深化了对非对称界面电磁响应本质的理解，更提供了一种具有普适性的限域界面工程设计范式，可为航空航天、通信电子等领域的下一代电磁防护材料开发提供重要理论指导与结构设计思路。

该项目研究获得国家自然科学基金（52502079、52503085）、中国博士后科学基金（2024M760816）等项目支持，谨此感谢。

论文信息：

Janus Nanostructures Enabled by Confined Interfacial Engineering for Enhanced Electromagnetic Response

Limeng Song, Cheng Song, Feiyue Hu*, Yongqiang Chen, Linan Wang, Huagao Wang, Li Guan, Duo Chen, Kesong Yu, Yabo Huang, Shihao Jia, Xin Xu, Qiancheng Gao, Dou Zhang, Hailong Wang, Haijiao Xie, Rui Zhang*, Bingbing Fan*

Advanced Science

DOI:10.1002/advs.202477021

原文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.77021

期刊介绍：

Advanced Science是 Wiley旗舰期刊 Advanced 系列中的一种完全开放获取的跨学科科学期刊，发表材料科学、物理、化学、医学、生命科学、环境科学、工程和社会科学等领域的前沿基础和应用研究。我们的使命是通过开放获取出版，使前沿创新的科学研究具有更广泛的可访问性。Wiley 的 Advanced 系列是全球公认的高影响力期刊系列，传播来自资深和青年研究人员的科学成果，帮助他们实现使命并扩大科学发现的影响力。

Advanced Science最新2025影响因子（JIF）为 14.1，五年平均影响因子为 15.6，JCI 引文指标为1.90，CiteScore 为 18.1。在2025年中国科学院期刊分区表中，Advanced Science入选综合类期刊一区TOP。