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單光存正在開展實驗?單光存供圖

指南針何以指向南北？候鳥何以長距離遷徙？這些都離不開自然界中無處不在的地磁場，但這同樣也干擾了高精度的測量測控，要消除這些“噪聲”干擾，就需要具有優(yōu)異微波吸收特性的材料。

北京航空航天大學教授單光存團隊經(jīng)過多年的攻關，研發(fā)了一種具有微波吸收特性的復合納米材料，并成功申請國家專利，該材料的制備成本低、產量高、微波吸收性能優(yōu)異，對實現(xiàn)高精度微波諧振測控技術有關鍵作用。

另辟蹊徑探尋更優(yōu)性能

微波吸收材料是一種能夠吸收微波、電磁能而反射和散射較小的材料?！澳壳耙詮秃霞{米材料、納米尺度的復合材料為主，尤其是二維過渡金屬硫化物和二維MXene材料?！眴喂獯娼忉尩?。

“微波諧振測控技術是指依靠微波諧振腔的高靈敏度來進行高精度測量測控，由于微波諧振腔具有很高的品質因數(shù)，因而靈敏度很高，可以用來微波諧振測量測控?！彼M一步解釋道。

值得一提的是，諧振頻率是諧振腔最重要的參數(shù)，通過對諧振腔諧振頻率的測量是目前最快速、最有效的測量方法。

在單光存看來，微波吸收特性的復合納米材料是實現(xiàn)高精度微波諧振測控技術的關鍵。

他告訴記者，為了研發(fā)性價比更高的微波吸收材料，研究團隊另辟蹊徑，采用鎂粉、二氧化硅納米粉、二硫化碳為前驅體，真空管式爐為實驗裝置，利用汽-固反應，制備了含有碳、硅、氧三種元素的納米材料。

“這種復合納米材料不僅微波吸收性能好，而且原材料廉價易得，易于加工制造，如果改進爐膛尺寸還可以進一步提高單次實驗的產量?！眴喂獯嬲f。

十年專注微波吸收特性材料

實際上，單光存早在2011年攻讀博士學位期間就開始專注于微波吸收特性的材料，“隨著4G時代的廣泛應用和5G時代的到來，人們對電磁波污染越來越重視，微波吸收特性的材料逐漸被關注?！?/p>

2015年，單光存通過人才計劃加盟北京航空航天大學，之后還參與了國家重大科學儀器設備開發(fā)專項，并承擔了“十三五”戰(zhàn)略性國際科技創(chuàng)新合作專項“極低溫區(qū)國際基準級溫度測量研究”，集中攻關微波吸收特性的復合納米材料及微波諧振測控技術的研究。

研發(fā)過程并非一帆風順，復合材料界面調控成為擺在單光存團隊面前的難題，“界面問題是很多研究要面對的既基本又復雜的問題，只是不同的研究關注的點不同，這項研究需要解決界面之間的耦合問題以及對電磁信號的影響。”單光存說。

為了解決這一難題，他帶領團隊開展了大量實驗，通過近一年的反復調試，不斷優(yōu)化參數(shù)做對照試驗，終于解決了材料的界面問題?！斑@種特別的二維過渡金屬硫化物構建異質結界面更有利于大規(guī)模電磁波能耗散，此外，我們還通過磁性材料與其構建異質結引入了磁損耗?！?/p>

伴隨著這一復合納米材料的研發(fā)，單光存團隊還發(fā)表了多篇SCI論文，其中以“二維材料：構建超薄高效微波屏蔽和吸收的新興工具箱”為題的論文還榮獲了《物理學前沿英文版》 2019[s1] 最佳論文獎。

不久前，他還榮獲了中國電子學會2020年“最美科技工作者”稱號和民建北京市委 “抗擊新冠肺炎疫情先進個人”稱號，“隨著國家對科技的投入，廣大科研工作者迎來更多的機遇，我們必須加倍努力才能抓住機遇，勇攀科研高峰。”

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147052



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