Co Co9S8-玻璃中空球形微纳组装体：轻质高强与电磁性能协同优化

摘要：中空微球因其独特的空腔结构和可调壳层特性，在轻量化微波吸收材料领域展现出巨大潜力。然而传统中空结构常因机械强度不足或壳层导电性过强导致阻抗失配限制实际应用。如何在高强度、低密度的前提下实现高效电磁波吸收性能，一直是材料设计的核心挑战。中科院理化所安振国研究员、

1成果简介

中空微球因其独特的空腔结构和可调壳层特性，在轻量化微波吸收材料领域展现出巨大潜力。然而传统中空结构常因机械强度不足或壳层导电性过强导致阻抗失配限制实际应用。如何在高强度、低密度的前提下实现高效电磁波吸收性能，一直是材料设计的核心挑战。中科院理化所安振国研究员、张敬杰研究员团队长期致力于中空微球功能与结构的协同优化，相关工作发表在 Journal of Materials Science and Technology（2022, 122, 44-53）、 Journal of Materials Chemistry A（2022, 10, 1547-1559）、 Small（2023， 19， 2205735）、 Chemical Engineering Journal（2024, 483, 148748）等学术期刊上。

近日，团队通过创新的分步化学反应诱导聚集与后续体积膨胀策略，构建了具有硅酸盐玻璃内层与 Co@Co9S8 核壳纳米颗粒外层的中空球形微纳组装体，所获复合微球兼具“薄（1.65 mm）、轻（0.73 g/cm3）、宽（5.12 GHz）、强（- 64.65 dB）、高机械强度（20 MPa 下存活率 92.36%）及低质量填充率（20.04%）”的综合优势。相关成果以“Controlled assembly engineering of Co@Co9S8-Glass micro-nano composite hollow microspheres towards microwave absorption improvement” 为题发表于《Journal of Materials Science & Technology》。论文第一作者为博士生李曼，通讯作者为安振国研究员和张敬杰研究员。该研究得到了国家自然科学基金委、航天低温推进剂技术国家重点实验室、中科院、科技部和理化所的支持。

2图文导读

图1：基于球壳分区设计的体积膨胀诱导导电通路增加与多级核壳结构构建实现复合微球综合性能提升

可控体积膨胀控制导电通路构建：通过调控硫化程度，实现了电磁功能结构单元在支撑球壳上互连状态的精细调控。硫化反应导致结构单元体积膨胀，随着硫化程度的增加从孤立岛状逐渐过渡到紧密网络状，覆盖率从 CSH-1的 73.72%增至 CSH-6的 96.57%。同时导电率从 0.03S/m 升至 53.51 S/m，提出了导电率与覆盖率的正向关联性。

图2：（a-h）不同硫化程度 CSH 表面状态变化图；（i-k） CSH 覆盖率计算和变化图；（l） CSH 电导率变化图。

多级核壳结构构建丰富异质界面：在岛状钴金属表面原位局部硫化反应合成了具有核壳结构的电磁功能结构单元，通过 EDS 线扫描、背散射模式 SEM 和 TEM 证实了核壳结构 Co@Co9S8 的形成，在电磁功能外层@玻璃内层的基础上构建多级核壳结构，带来 Co-Co9S8、 Co-玻璃、Co9S8-玻璃、 Co9S8-空气及玻璃-空气界面等大量异质界面。