西北工大张利民/吴宏景等：电场后处理调控MoS₂多晶型转变与位错调控以增强电磁波吸收

Polymorphic Transformation and Dislocation Regulation in MoS₂ Enabled by Electric Field Postprocessing for Enhanced Electromagnetic Wave Absorption

Xiangdong Wang, Zijing Li, Shengchong Hui, Hongjing Wu*, Jiaming Wen, Limin Zhang*

Nano-Micro Letters (2027)19: 32

https://doi.org/10.1007/s40820-026-02334-1

本文亮点

1. 策略创新，调控精准：本工作提出一种直流电场后处理策略，通过精确调控电压与处理时间，实现对MoS₂电子结构及相比例的有效调制。

2. 机制揭示，协同增强：研究发现，电场诱导产生的刃型位错形成沿位错线分布的等效偶极子阵列，该有序结构与硫空位协同作用，显著增强偶极子极化响应。

3. 性能优异，应用可期：在6 V、10 min的优化处理条件下，位错诱导极化、界面极化与电导损耗等多重机制协同作用，使有效吸收带宽达到6.72 GHz，较未处理样品提升440%，展示了该策略在电磁波吸收材料设计中的应用潜力。

研究背景

二维过渡金属硫化物MoS₂因其可调的电子结构与丰富的界面效应，已成为诸多前沿领域的研究热点。在电磁波吸收领域，材料的宏观吸波性能本质上受其微观电子结构支配。半导体性的2H相具有三棱柱配位构型，其特有的d_z²轨道杂化及面外方向中心对称破缺的电子结构使材料具备适中的本征介电常数，有利于实现与自由空间的阻抗匹配，但较低的载流子浓度限制了其介电损耗能力。金属性的1T相则呈现八面体配位构型，d轨道在晶体场中发生能级分裂，部分填充的t₂g能带赋予材料较高的电导率；虽然高电导率可增强电导损耗，但也会诱发明显的趋肤效应，使电磁波在材料表面被大量反射并造成严重的阻抗失配。因此，如何调控MoS₂的相比例和缺陷特征以优化其电子结构及电磁波吸收性能，已成为该领域亟待解决的核心科学问题。

内容简介

原位电场调制策略在合成过程中常受到多物理场因素制约，不利于深入理解电场的独立作用机制。针对这一问题，西北工业大学张利民/吴宏景等人提出一种基于弱直流电场的后处理策略，通过调控d轨道电子迁移，诱导MoS₂由2H相向1T相转变，并伴随位错产生。一方面，1T相含量增加可优化三维导电网络并增强电导损耗；同时，2H/1T界面两侧因费米能级差异形成空间电荷积累，引发界面极化损耗。另一方面，位错诱导正负电荷中心分离，沿位错线形成等效偶极子阵列，显著增强极化响应。经6 V、10 min处理后，样品的有效吸收带宽达到6.72 GHz，较未处理样品提升440%，超过多数场调控手段通常达到的150%–350%增幅。本研究通过弱电场后处理实现了对MoS₂相比例、缺陷及吸波性能的灵活调控，为精准设计电磁波吸收材料提供了可行思路。

图文导读

I 直流电场后处理诱导MoS₂相变并调控电磁波吸收性能

如图1所示，将MoS₂悬浮液置于可控直流电场中进行后处理，通过精确调控电压和处理时间，实现对材料内部电荷分布与输运行为的定向调节，完整展现了从宏观能量注入到微观结构重构的连续过程。该策略诱导材料晶格发生畸变并产生空位、位错等缺陷，涉及局域电子态密度调制和能带重构等多重协同效应。

图1. 直流电场后处理诱导MoS₂相变、缺陷生成及电子结构重构的调控机制。

II 电场后处理构筑2H/1T界面与局域电荷调控

本研究系统表征了电场后处理对MoS₂微观形貌、晶体结构及表面电势的影响。结果表明，电场处理未改变材料的花状微球形貌；纳米片仅有数个原子层厚，层间距约为0.68 nm。HRTEM证实2H/1T界面共存及电场诱导位错产生，晶格有序度随电场参数呈先升后降的非线性变化，并在6 V、10 min时达到最佳平衡，为界面极化提供了丰富的活性位点。EFM表明，电场诱导表面电荷不均匀积累与局域化重排；MSUT5-10因相位跨度最小而更容易发生极化重取向。AFM与EDS分别证实了适中的表面粗糙度和良好的元素分布均匀性。上述多尺度表征共同说明，电场后处理通过构筑2H/1T界面、优化导电网络及调控局域电荷分布，协同增强界面极化与电导损耗，为理解宏观吸波性能的优化机制奠定了结构基础。

图2. 形貌及表面电势调控。

III 电场后处理调控MoS₂相比例

本研究综合运用多种谱学与电化学表征手段，系统分析了电场处理对MoS₂电子结构与相组成的影响。XPS表明，电场诱导Mo的配位环境由2H相向1T相转变，Mo 3d结合能红移约0.3 eV，1T相含量在6 V、10 min时达到峰值67.63%。拉曼光谱证实2H相特征峰减弱及1T相振动峰出现，与XPS结果一致。EIS显示电荷转移电阻显著降低，归因于1T相构筑的高效导电网络。XRD揭示2H/1T共存引起的晶格畸变与有序度降低。EPR表明硫空位浓度变化有限，并非性能提升的主导因素。综上，电场后处理通过d轨道电子迁移诱导晶格畸变，同步构筑2H/1T界面、硫空位及1T相导电网络，分别贡献界面极化、偶极极化和电导损耗，多种机制协同证明了该策略对吸波性能的优化作用。

图3. 多谱学与电化学表征。

IV 电场后处理诱导MoS₂多路径损耗机制实现宽频强吸收

本研究通过电磁性能测试与仿真分析，系统揭示了电场后处理对MoS₂吸波特性的调控规律。在6 V、10 min的最优条件下，样品的有效吸收带宽达到6.72 GHz，最小反射损耗为−45.77 dB。Cole-Cole分析表明，电场处理诱导材料产生多重弛豫特征；MSUT5-10在8–15 GHz范围内的介电弛豫峰归因于位错诱导的等效偶极子增强偶极极化，与HRTEM观察结果吻合。CST仿真表明，MSUT6-10在8.08 GHz、3.20 mm厚度下实现最佳阻抗匹配，电磁能量分布更加集中和均匀。电磁参数拟合显示，电导损耗随1T相含量先升后降，存在理想处理窗口；2H/1T界面、硫空位和位错分别贡献界面极化与偶极极化，8–14 GHz范围内的弛豫峰进一步证实了极化弛豫的重要作用。阻抗分析显示，MSUT6-10的归一化输入阻抗在8–18 GHz范围内保持在0.8–1.2。RCS分析表明，MSUT6-10在0°入射角下的RCS值为−14.61 dB·m²，且在±90°宽角域内保持稳定。综上，电场后处理通过1T相导电网络、2H/1T界面极化及硫空位/位错协同偶极极化等多路径机制，实现了宏观宽频强吸收。

图4. 直流电场后处理MoS₂的电磁波吸收性能。

V 电场后处理MoS₂产生位错主导的多极化机制，协同增强宽频吸波性能

本研究结合第一性原理计算与实验表征，系统揭示了电场后处理诱导MoS₂多种极化机制协同增强电磁波吸收的机理。差分电荷密度分析表明，2H/1T界面处存在明显的电荷分离与重排；能带结构计算进一步显示，该界面因Mo d轨道与S p轨道杂化而呈现金属性，为界面极化提供了电子结构层面的依据。在原子尺度上，电场诱导形成的硫空位产生局域永久电偶极矩；位错核心周围的拉伸应变使晶格发生畸变并导致电荷分布不对称，沿位错线形成有序排列的等效偶极子阵列，二者协同增强偶极极化响应，其中位错诱导的长程有序偶极结构占主导。GPA与DFT计算进一步定量证实了位错附近正负电荷的空间分离。位错缺陷在相变过程中发挥双重作用：一方面通过捕获载流子削弱1T相导电网络的传输效率，另一方面抑制1T相含量过高引发的趋肤效应，从而缓解阻抗失配。2H/1T界面的费米能级差异还会引起载流子定向迁移并诱发界面极化。与损耗能力有限的MSUT5-10相比，MSUT6-10通过精确调控电场参数，实现了2H/1T界面、缺陷与导电网络之间的协同优化，在保持强极化响应的同时维持高效电荷输运，最终获得优异的宽频吸波性能。

图5. 电场后处理MoS₂的多极化协同损耗机制。

VI 总结

本研究提出一种基于直流电场后处理的调控策略，用于精确调控MoS₂微观结构及其电磁波吸收性能。该方法通过调控d轨道电子迁移，驱动材料由2H相向1T相转变，并同步诱导位错缺陷生成。1T相含量增加有助于优化三维导电网络并增强电导损耗；2H/1T界面处的费米能级差异引发空间电荷积累，产生界面极化损耗；位错则沿其线方向诱导正负电荷中心分离，形成有序排列的等效偶极子阵列，显著增强极化响应。

经6 V、10 min电场处理的样品(MSUT6-10)在2.20 mm匹配厚度下实现了6.72 GHz的有效吸收带宽，较原始样品提升约440%。

本研究揭示了位错诱导等效偶极子产生的偶极极化行为，并为面向外场可调谐“智能吸波材料”的设计提供了可行路径。

作者简介

张利民

本文通讯作者

西北工业大学副教授

▍主要研究领域

电磁功能材料。

▍主要研究成果

西北工业大学副教授、博士生导师。2004年毕业于西北工业大学，获材料物理专业学士学位；2014年获西北工业大学材料物理与化学专业博士学位；2007年至今就职于西北工业大学，主要从事电磁波吸收材料和电磁场凝固技术研究。近年来主持国家自然科学基金项目2项、省部级基金项目2项及其他基金项目2项，在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Metall. Mater. Trans. A等SCI期刊发表论文120余篇。此外，还受邀担任Metals、Journal of Renewable Materials、Magnetochemistry、Frontiers in Materials等期刊专刊客座编辑。

▍Email：liminzhang@nwpu.edu.cn

吴宏景

本文通讯作者

西北工业大学教授

▍主要研究领域

电磁功能材料。

▍主要研究成果

西北工业大学教授、博士生导师、基础物理中心副主任、省级领军人才、国际先进材料协会会士。主要从事新型吸波材料的设计制备、物理机制和成果应用等方面的基础研究，主持国家自然科学基金重点项目子课题、青年项目及华为、中铝横向科技项目等10余项；近五年以第一作者或通讯作者在Matter、Nat. Commun.、Adv. Mater.等期刊发表学术论文150余篇，其中40篇入选ESI高被引论文、7篇入选ESI热点论文；谷歌学术引用2.6万余次，H指数95。公开发明专利14项，其中获授权5项；主编英文专著1部，共同主编教材1部，参编专著章节5章。获陕西高等学校科学技术研究优秀成果一等奖(R1)、Cell Press物质科学领域年度最受欢迎中国论文奖等荣誉，入选应用物理领域“全球前2%顶尖科学家”、英国皇家化学会期刊“Top 1%高被引中国作者”等榜单。担任《Electromagnetic Wave Science and Technology》创刊主编，Cell Press旗下SCI期刊《iScience》客座主编，Springer旗下SCI期刊《Journal of Materials Science: Materials in Electronics》编辑，《BIO Integration》《International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials》期刊编委，以及《Nano-Micro Letters》《Rare Metals》《Advanced Powder Materials》青年编委。

▍Email：wuhongjing@nwpu.edu.cn

撰稿：原文作者

编辑：《纳微快报(英文)》编辑部

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