各向异性工程是实现材料独特的性质和增强性能的有效方法。近年来，纳米技术的发展使人们在微观尺度设计晶体的各向异性成为可能。许多研究者还提出了相应的理论框架用于描述和比较不同晶体的各向异性。对于多个晶体（构筑单元）组装成的多级结构，由于每个构筑单元的大小、形状和结构均可调节，其形态选择和各向异性调控的维度更加丰富。但多级结构的各向异性的分析计算也更为复杂，与材料性能之间的关联亦不清楚。
图1.用于描述三种(a, b)构筑单元及其对应(c, d)组装体的各向异性维度; 风箱状、船状和花状自组装结构的(e)几何参数和(f)各向异性
近期，浙江大学材料与工程学院吴琛副教授、严密教授团队和杭州电子科技大学张雪峰教授团队合作，通过调控溶剂极性制备出了具有不同各向异性的自组装MOF-71及其衍生Co/C复合材料。根据构筑单元的几何差异和组装方式，作者提出使用异型度(heterotype)、平坦度(flatness)、有序度(orderliness)三个维度定量分析各向异性(图1)。结果表明，风箱状结构比船状和花状结构具有更强的各向异性。作者分析了三种不同结构MOF衍生物的电磁参数和吸波性能，发现风箱状衍生物具有最低反射损耗RLmin=-59.5dB和最大有效吸收带宽EAB=5.7GHz（图2）。对不同结构衍生物的电磁波损耗机制的分析表明，吸波性能的差异主要来自于磁损耗，尤其是形状各向异性主导的自然共振。作者还发现在交变电磁场下，衍生物的磁性质比介电性质对结构的变化更为敏感。为了更深入理解磁各向异性及其对材料吸波性能的影响，作者结合电子全息和电磁散射场仿真进行了进一步分析。结果表明，风箱状衍生物的杂散场和磁散射场具有最强的各向异性，并且磁散射场的分布和杂散场高度关联（图3），说明各向异性对电磁波的吸收强度和吸收路径有着重要的影响。
图2.(a, d)风箱状、(b, e)船状和(c, f)花状结构MOF衍生材料的电磁波吸收性能
这项工作不仅为具有复杂结构的电磁复合材料各向异性调控和刻画提供了可行策略，还深化了各向异性对电磁能量转化作用机制的理解，为电磁功能材料的设计提供了新思路。相关论文在线发表在Carbon(DOI: 10.1016/j.carbon.2021.05.015)上。
图3. 风箱状、船状和花状结构MOF衍生物的(a-c)区域杂散场分布、(d-f)杂散场示意图和(g-i)磁散射
原文刊载于【InfoMat】公众号
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