2026年4月15日，贵州师范大学的陈艳、昆明理工大学的侯彦青、昆明冶金研究院的谢刚等人在《Journal of Alloys and Compounds》期刊上发表题为”Constructing FeCoNi@graphene core–shell architectures via Joule flash to achieve efficient electromagnetic wave absorption”的研究论文。该研究提出了一种基于焦耳快速加热的秒级高温原位合成策略，在接近2000°C的极端条件下，实现了还原氧化石墨烯（rGO）包覆FeCoNi三元合金核壳结构的高效制备。复合材料具有连续的导电网络和紧密的磁-介电界面，介电损耗与磁损耗的协同作用显著改善了阻抗匹配，在仅1.5 mm的匹配厚度下实现了-56.1 dB的最小反射损耗和4.4 GHz的宽带吸收带宽，为高性能电磁波吸收材料的设计提供了新思路。
研究背景
1. 电磁污染日益严重
随着现代电子设备和5G通信技术的快速发展，电磁波在毫米波频段的部署密度激增，电磁污染已成为影响健康和系统可靠性的重大挑战。
2. 传统吸波材料存在瓶颈
传统金属基吸波材料虽然具有可调磁响应，但普遍存在密度高、耐腐蚀性差、阻抗匹配不佳等问题，难以满足轻薄、宽带、高效吸收的工程需求。
3. 石墨烯复合材料优势突出
石墨烯基复合材料凭借其二维高长径比结构、优异导电性和丰富的缺陷界面，可在较低填充量下构建连续导电网络，成为下一代微波吸波材料的重要研究方向。
4. 核壳结构设计备受关注
核壳结构不仅能引入丰富稳定的异质界面、增强局部电荷积累和偶极极化，还能通过碳壳包覆隔离磁性金属核，同步提升电磁性能和环境稳定性。
研究方法
1. 焦耳快速热合成
将Fe、Co、Ni金属粉末按特定质量比（1:1:0、1:0:1、0:1:1、1:1:1）球磨混合后，与氧化石墨烯（GO）按1:2质量比混合，装入焦耳快速加热装置。首先在0.08 MPa真空下进行预放电（30 V，0.1 s/脉冲，3次脉冲）去除吸附水分，随后在190 V高压下放电1.3 s，实现毫秒级瞬态高温（>1500°C）合成，同步完成金属合金化和GO还原。
图1：焦耳热合成FexCoyNiz@rGO示意图
2. 多尺度结构表征
综合运用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）和热重分析（TGA）等多种表征技术，系统分析材料的微观形貌、晶体结构、表面化学状态和热稳定性。
3. 电磁性能测试
采用矢量网络分析仪（VNA）和同轴法测试电磁参数，样品与石蜡按30:70质量比混合制备成外径7.04 mm、内径3 mm、厚度2 mm的同轴环。使用振动样品磁强计（VSM）测量磁性能，物理性能测量系统（PPMS）评估电磁屏蔽性能。
研究结果
1. 核壳结构成功构建
SEM和TEM表征证实了FeCoNi@rGO的核壳结构。球形颗粒尺寸分布为5-10 μm，表面被层状石墨烯纳米片紧密包覆。HRTEM显示石墨烯层厚度约10 nm，层间距0.34 nm，核壳界面清晰连续。EDS元素映射证实Fe、Co、Ni三种元素高度均匀分布，原子级混合度超过95%，形成稳定的三元合金核。
2. 物相与结构分析
XRD分析显示所有样品在~26°处出现rGO（002）特征峰，FeCoNi@rGO中未观察到单金属相，表明形成了三元固溶体。Raman光谱ID/IG比值均小于1.2，证实GO被高效还原为高度石墨化的rGO。XPS分析表明三元合金形成改善了界面润湿性，降低了表面氧化程度，Fe、Co、Ni之间产生强电子相互作用。
3. 优异的磁性能
FeCoNi@rGO表现出准超顺磁特性，饱和磁化强度MS约100 emu/g，矫顽力HC仅20.42 Oe，剩磁Mr接近零。低矫顽力有利于交变磁场下的快速磁畴翻转，增强高频磁损耗。温度依赖性测试（273-300 K）显示磁性能高度可逆稳定，无热滞或不可逆相变。
4. 卓越的电磁波吸收性能
FeCoNi@rGO在1.5 mm匹配厚度下实现了-56.1 dB的最小反射损耗（RLmin），有效吸收带宽（EAB）达4.4 GHz，显著优于二元合金体系（FeNi@rGO：RLmin=-20.4 dB，EAB=2.3 GHz）。复介电常数和复磁导率分析表明，三元合金的多组分协同效应增强了极化损耗和磁损耗，优化了阻抗匹配。
5. 电磁波吸收机理阐明
核壳结构引入丰富的异质界面，作为偶极极化和界面极化的活性位点。多组分金属核引起晶格畸变，增强极化损耗。高饱和磁化强度与低矫顽力的独特组合，通过自然共振、交换共振和涡流损耗的协同作用增强磁损耗。介电-磁损耗耦合实现了优异的电磁波衰减。
图8：FeCoNi@rGO电磁波吸收机理示意
展望
1. 为高性能吸波材料提供新制备途径
焦耳快速加热策略克服了传统多步制备的局限，实现了秒级高效合成，为磁性金属/石墨烯核壳复合材料的规模化制备提供了绿色、高效的新路线。
2. 在5G通信和隐身技术领域应用前景广阔
该材料平台兼具低密度、多功能性、环境鲁棒性和可持续加工特性，满足通信设备、大功率雷达、航空航天电子等高温严苛环境的电磁兼容需求。
3. 为介电-磁损耗耦合机制研究提供新见解
该工作深化了对复合材料中介电-磁损耗耦合机制的理解和调控，为高性能吸波材料的理性设计提供了理论指导。
4. 推动传统金属基吸波材料替代进程
FeCoNi@rGO复合材料在保持优异吸波性能的同时，克服了传统金属基材料密度高、易腐蚀等缺陷，有望成为传统吸波材料的可行替代品。
DOI：10.1016/j.jallcom.2026.188073
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