哈工大黄小萧等综述：TMDs 基吸波材料，从结构工程到多组分协同

1. 全景式梳理，双核驱动：系统阐释了TMDs作为介电型吸波材料的核心优势，并围绕“纯相TMDs的多尺度结构设计”与“多组分复合体系的构建”两大核心策略，全面综述了其作为高性能电磁波吸收材料的最新进展。

2. 从原子到宏观，调控自如：深入探讨了纯相TMDs从原子级缺陷/掺杂调控、物相工程到微纳尺度形貌操控的多维度结构设计策略，揭示了其对电磁参数与衰减能力的优化机制。

3. 协同共生，性能飞跃：重点分析了TMDs与碳材料、介电材料、磁性材料等构建的多组分复合体系，阐述了界面极化、传导损耗与磁损耗的协同增强效应，为突破单一材料性能瓶颈提供了系统方案。

哈工大黄小萧等跳出“罗列性能数据”的传统写法，从电磁波吸收的本征矛盾出发，系统梳理了TMDs基吸波材料的设计逻辑。文章以阻抗匹配与衰减能力的制衡关系为分析起点，指出一切结构设计和组分选择最终都要回到这对核心矛盾的平衡上来。TMDs的优势在于其多维可调性为这种平衡提供了丰富的操作空间，但前提是设计者必须清楚每一个调控维度究竟在影响哪个电磁参数，以及这种影响的代价是什么。在此基础上，文章将TMDs基吸波材料的研究进展整合为两条主线。第一条主线围绕纯相TMDs展开，从原子尺度的缺陷与掺杂、纳米尺度的相结构调控，到微米尺度的形貌与孔结构设计，逐层剖析各尺度结构变量对介电响应的调控逻辑与适用范围。第二条主线聚焦多组分复合体系，分别讨论TMDs与碳材料、MXene等介电材料、磁性组分的复合策略，以及三者集成时的协同设计原则，重点阐释了“复合何时有效、何时失效”的边界条件。文章最后对该领域的未来走向做出了判断，认为TMDs基吸波材料的下一个突破不会来自某一种新形貌或某一组新配方的发现，而来自设计范式的转变：从试错走向预测，从单一功能走向系统集成。

I TMDs基吸波材料的发展历程

2015年，MoS₂纳米片的电磁波吸收性能首次被报道。彼时的核心问题是“能不能”的问题：这种以二维层状结构闻名的材料，能否在吸波领域占有一席之地。水热法的引入使TMDs纳米材料的可控合成成为可能，研究规模迅速扩大，问题的焦点也随之转移。随后的研究沿两个方向展开：一是对纯相TMDs进行多尺度结构调控，从原子级的掺杂与缺陷、纳米级的相操控到微米级的形貌设计；二是将TMDs与碳材料、磁性颗粒等功能组分复合，构建多组分协同体系。

这两条路径并非先后继起，而是并行推进、相互渗透。它们共同指向同一个问题层次的根本转换：前五年回答的是“TMDs能不能吸波”，后五年回答的是“如何让TMDs更好地吸波”。从“能不能”到“如何做得更好”，从现象发现到机制设计，这种问题意识的跃升，正是一个领域从萌芽走向成熟的内在标志。而当前正在浮现的第三层问题——“我们能否在理解的基础上预测并设计更多功能”——则指向了更远的未来。

图1. TMDs基吸波材料的发展历程。

II TMDs的电磁响应本质与设计自由度

在非磁性介电材料中，电磁波在材料内部的耗散，归根到底只有两条路径：传导电子的迁移与束缚电荷的弛豫。前者依赖导电网络，后者依赖极化中心。绝大多数材料往往只能侧重其中一条路径，而TMDs的独特价值在于，它对两者同时开放了调控窗口。能带结构分析揭示了2H相与1T相的电子态差异如何导致介电响应的本质区别。层数、堆垛方式、缺陷类型等结构变量对电磁参数的精细影响，则展示了TMDs电磁性能的可设计范围。这些讨论试图建立一个基本认知：TMDs的电磁性能不是某个固定值，而是一个可以在相当宽泛的区间内被主动设计的变量。这一认知，是一切后续结构工程策略的逻辑起点。

图2. TMDs成分结构多尺度大范围可调控特性。

III 纯相TMDs的跨尺度结构工程

纯相TMDs的性能优化，本质上是一场在多个空间尺度上同时展开的结构设计。在原子尺度，硫空位与异质掺杂引入局域偶极矩，增强极化弛豫对介电损耗的贡献(图3)。相工程调控是TMDs材料最突出的特点之一，性质迥异的物相在常态下共存，提供了广阔的设计空间。2H相与1T相的比例调控决定了导电损耗与极化损耗的相对权重，相界面则额外提供极化弛豫通道(图4)。在微米尺度，纳米花、中空球、三维气凝胶等形貌设计改变了电磁波在材料内部的传播路径与散射行为。三层调控并非各自独立，也不是越极致越好。导电性过强会导致阻抗失配，缺陷过多会破坏晶格完整性，形貌过于复杂则可能牺牲结构稳定性。最优解从来不在某一条路径的极端，而在于各尺度参数的协同匹配。这正是纯相TMDs结构设计的核心难题，也是真正的技术门槛所在。

图3. TMDs原子尺度缺陷可设计性。

图4. TMDs相工程在吸波材料中的典型案例。

IV 多组分复合的协同逻辑与适用边界

将TMDs与第二相甚至第三相复合，是当前最常用的性能提升手段，也是最容易被误用的策略。碳材料复合确实能构建高效导电网络，但碳组分过多导致电导率过高时，容易破坏阻抗匹配。磁性组分复合能引入磁损耗通道，弥补TMDs在低频段的先天不足，但代价往往是增重和有效带宽变窄；与MXene等介电材料复合能强化界面极化，但界面密度的增加并不总是等价于损耗的提升。

如图5所示，真正的关键不在于“复合是否有效”，而在于“复合在什么条件下有效”。多组分系统的优势不在于各组分的简单叠加，而在于通过界面设计与空间排布，让传导、极化和磁共振三条路径在同一频段内形成合力。这是“协同”的真正含义，也是多数研究尚未真正触及的层面。

图5. 多组分复合与多功能发展趋势。

V 从实验室走向设计：挑战与方向

放眼更远的未来，当前绝大多数研究仍处于经验试错阶段，制备方法以水热和高温退火为主，性能评价多在理想条件下完成。从实验室到工程应用，至少横亘着三道门槛。

第一道在认知层面：多组分系统中各损耗渠道的贡献无法被定量分离，设计仍处于“黑箱”状态。第二道在工艺层面：规模化制备中结构一致性的控制尚未解决。第三道在功能层面：吸波性能与热管理、力学承载等实际工程需求之间的集成几乎还是空白。

机器学习的引入有望突破第一道门槛，使逆向设计从概念走向实践。原子层沉积等精确界面控制技术可能回应第二道门槛的部分挑战。而第三道门槛的跨越，则需要吸波领域与热学、力学、电磁学等更广泛学科的深度协同。这三道门槛的跨越难度依次递增，但每跨越一道，TMDs基吸波材料离真正的工程应用就更近一步。

闫岳峰

本文第一作者

哈尔滨工业大学 副研究员

▍主要研究领域

(1) 硫化物基吸波材料；(2) 电磁功能复合材料多尺度设计

▍主要研究成果

哈尔滨工业大学副研究员，本科及博士均毕业于哈尔滨工业大学材料学院。在Nano-Micro Lett.、Adv. Funct. Mater.、Compos. Part B Eng.等高水平期刊发表SCI论文30余篇，其中以第一作者或通讯作者发表SCI论文20篇，包括高被引论文5篇、热点论文2篇；H指数16，被引1000余次。主持国家自然科学基金青年学生基础研究项目(博士研究生)。担任中国机械工程学会工程陶瓷专业委员会理事、《Journal of Advanced Ceramics》期刊助理编委、《Extreme Materials》期刊青年编委。

▍Email：yanyf@hit.edu.cn

黄小萧

本文通讯作者

哈尔滨工业大学 教授

▍主要研究领域

(1) 吸波隐身材料；(2) 锌电池；(3) 低温电解质。

▍主要研究成果

哈尔滨工业大学教授、博士生导师、材料科学与工程学院党委委员；教育部“长江学者”特聘教授，黑龙江省“龙江学者”特聘教授。2005年于哈尔滨工业大学获材料科学博士学位。面向航空航天先进装备和关键部件对高性能、高安全性的重大需求及国际前沿，长期从事碳及陶瓷基复合材料透波、隐身结构功能一体化智能设计及应用研究。近五年，在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano-Micro Lett.等高水平期刊发表SCI论文300余篇，他引8000余次，H指数48，高被引论文和热点论文8篇；获授权发明专利30余项。担任《Journal of Advanced Ceramics》编委；中国硅酸盐学会特种陶瓷分会理事、中国机械工程学会工程陶瓷专业委员会理事、中国机械工程学会电磁分会委员、中国复合材料学会陶瓷基复合材料分会委员等。主持国家自然科学基金重点项目、国家部委项目等20余项；获黑龙江省教学成果及科学技术奖励共6项。

▍Email：swliza@hit.edu.cn

撰稿：原文作者

编辑：《纳微快报(英文)》编辑部

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