材料的偶极子极化损耗常与磁损耗、导电损耗、缺陷、界面极化等特性难以分开，因此要阐明电磁波吸收器的本征特性和吸收机理具有很大的挑战性。为了解决这个问题，西安建筑科技大学刘虎博士、北京工商大学马振辉教授与西北工业大学吴宏景教授合作报道了一种单原子Co和Co团簇组合的原子复合体，通过可控的原子偶极子来调节极化，建立偶极子极化与电磁波吸收之间的联系。采用化学合成方法，在氮掺杂石墨碳( Co1 + Cs / NGC )上制备了Co单原子( SA )位点和团簇( Cs ) 组合的原子复合体。由于特殊的设计，磁损耗、导电损耗和界面极化对电磁波耗散的影响可以忽略，因此我们只突出偶极子极化引起的介电损耗。并通过控制Co原子的浓度，我们可以调节Co原子的价态在0到+ 2之间，从而控制偶极极化和弛豫。我们报道的Co浓度为6.0 wt %的Co1+Cs/NGC-2表现出最佳的偶极矩，从而表现出优异的吸收性能。半岛综合体育官网登录入口本研究从原子角度阐明了电磁波吸收的机理。

　　电磁波吸收材料因其在电子信息设备和军用隐形武器中的应用而备受关注，近十年来涌现出了各种新型材料和相应的理论机制。通常，电导损耗和介电损耗被认为是主要的电磁波吸收模式。对于导电材料，如碳材料，导电损耗将发挥重要作用。磁损耗有助于调整阻抗匹配和促进吸收，而介电损耗由于其大的损耗容量和高温稳定性而被认为比磁损耗更强。然而，事实上，对于导电电磁波吸收材料来说，很难将电导损耗和介电损耗分开，而对于铁磁性电磁波吸收材料，如羰基铁、半岛综合体育官网登录入口铁氧体及其复合材料，将磁损耗与介电损耗失分开是非常具有挑战性的。此外， 无磁性的电磁波吸收材料，由于缺陷、形状和界面都能引起偏振损失，从而增强其对电磁波的吸收，因此很难找到其本征的特性。因此，揭示其吸收机理是极具挑战性的。

　　1. 报道了一种新策略可合成具有可控偶极矩的原子级电磁波吸收体来调节材料极化特性，并在原子级建立极化损耗和电磁波吸收之间的内在联系，证明电磁波吸收机制，并为研究电磁波吸收提供了重要的参考。

　　2. 低温（550 ℃）下热解Co基配合物，制备了原子复合体，该复合体包括氮掺杂石墨烯碳上的Co单原子、Co团簇和Co纳米颗粒。

　　3. 最佳的Co浓度（6.0 wt%）导致Cs被拥挤的Co SA位点包围，其电磁波吸收性能可以保持在-54.3 dB以上，在2.0 mm处的有效吸收带宽为7.0 GHz。这些性能明显优于纯NGC、Co SA和Co NP。

　　本文Co1/NGC是通过在550 ℃下结合湿化学和热解方法合成，TEM显示了Co1+Cs的载体具有纳米片状形态（图1a）。EDS图谱和元素线+Cs/NGC的C、N和Co元素均匀分布在整个NGC上（图1b-g和1j）。

　　样品Co1/NGC-2和Co1+Cs/NGC-2的C-N和C=C键可以分别通过高分辨率C 1s XPS光谱进一步验证（图2a）。高分辨率N 1s XPS光谱揭示了吡啶N（~398.4 eV）、Co–N键（~399.3 eV），石墨N（~401.0 eV）和吡啶N（~403.1 eV）的存在，证明了Co1/NGC-2和Co1+Cs/NGC-2中存在Co–N部分（图2b&2c）。Co1+Cs/NGC的Co K边吸收边位于酞菁钴（CoPc）和Co的吸收边之间，这表明在Co1+Cs/NGC中，Co原子比CoPc具有更少的正电荷，比Co箔具有更多的正电荷(图2d)。结果表明，在Co1+Cs/NGC中，Co的化学价在0~+2之间，与XPS结果一致。Co1+Cs/NGC的傅立叶变换扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）光谱显示，在R空间中1.49Å处有一个主峰，接近CoPc的Co-N峰（图2e）。Co K-edge EXAFS振荡的小波变换进一步区分了反向散射原子，在K空间中显示出强度最大值（图2g）。涉及CoPc的Co-N键k值的正移可能与Co原子的较少配位数有关（图2h）。涉及Co箔的Co-Co键k值的负移可能与Co原子的较大配位数有关（图2i）。

　　图3a-f显示了不同Co浓度下反射损耗（RL）作为厚度和频率的函数。根据上述数据，纯NGC表现出较差的电磁吸收，并且在2-18 GHz时RL值低于-10 dB（图3a）。NGC中引入Co原子可以显著改善Co1/NGC-1的电磁吸（图3b）。随着Co原子的增加，Co1/NGC-2表现出增强的电磁吸收（图3c）。Co单原子浓度的进一步增加导致团簇的形成（图3d）。当Co原子浓度增加到6.0 wt%时，Co1+Cs/NGC-2的RLmin值达到-54.3 dB，2.0 mm时的宽EAB为7.0 GHz（图3e&3g）。继续增加Co原子浓度产生Co NPs（CoNPs/NGC），其在1.4 mm处表现出-17.6 dB的较低RLmin值和5.2 GHz的EAB（图3f）。相同填料负载为10 wt%的所有样品的介电常数（图3i）。

　　典型Co物种的原子级相和相应的原子结构包括Co1/NGC-1、Co1/NGC-2、Co1+Cs/NGC-1和Co1+Cs/NGC-2。根据Co1/NGC和Co1+Cs/NGC的详细结构信息，通过密度泛函理论（DFT）计算，研究了Co1/NGC和Co1+Cs/NGC中Co物种的不同电荷密度。对于Co1/NGC物种，Co原子通过Co-N键与NGC结合。Co 3d和N 2p轨道之间吸引电子的能力不同，导致正负电荷的产生。单核和多核钴原子的正负电荷中心分离，由于电负性不同而产生偶极子，在交变电磁场中极化。当极化过程中内耗克服了外电磁场的影响时，极化将出现滞后现象。

　　本工作在含有Co SA和Co Cs的原子层上合成了协同的Co1+Cs/NGC原子复合体，其中Co Cs被拥挤的Co SA位点包围，以增强偶极极化和弛豫。通过控制Co浓度控制偶极极化和弛豫，可以改善电磁波的吸收。具有独特协同的Co1+Cs/NGC表现出-54.3 dB的高吸收性能，在2.0 mm时有效吸收带宽可达7.0 GHz。更重要的是，在我们的系统中，导电损耗和磁损耗可以消除，界面极化对电磁波吸收的变化几乎没有贡献。因此，我们只能考虑大环形偶极极化和弛豫对电磁波吸收的影响。我们的工作提供了一个简化的模型从原子的角度证明电磁波吸收机制，并为研究电磁波吸收提供了重要的参考。