【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院強(qiáng)磁場(chǎng)中心王俊峰課題組在礦化蛋白調(diào)控晶體界面研究機(jī)制基礎(chǔ)上，依托穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置(SHMFF)，成功開發(fā)了多層級(jí)生物型金屬-有機(jī)框架(Bio-MOFs)材料，大幅提升MOF材料在電磁波高效吸收方面的效率。相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際期刊Small上。
 

　　吸波材料是指具備吸收和抑制電磁波傳播、減少或消除反射的電磁波能量的材料。高性能的電磁波吸收材料在通信、醫(yī)療、軍工等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。金屬-有機(jī)框架(MOFs)由于其可調(diào)結(jié)構(gòu)、高孔隙率和大比表面積而被認(rèn)為是優(yōu)秀的電磁波吸收材料前體之一。通常，MOF衍生的吸波材料具備卓越的電導(dǎo)率、優(yōu)異的磁性、足夠的缺陷位和界面結(jié)構(gòu)，從而在阻抗匹配和微波損耗方面表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而，要實(shí)現(xiàn)對(duì)廣泛頻率范圍內(nèi)的電磁波的高效吸收，必須在保持輕便和靈活性的同時(shí)解決多個(gè)問題。為了有效克服這些困難，需要采用一種新穎的策略，既能夠彌補(bǔ)MOFs的不足，又能夠充分發(fā)揮其獨(dú)特性能。
 

　　在本研究中，基于研究團(tuán)隊(duì)之前的仿生礦化合成研究成果(ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(51): 56701-56711； PNAS，2022，Vol. 119 No. 45； Chemical Engineering Journal 454 (2023) 140440；ACS Appl. Energy Mater. 2022, 5, 10254-10263)，研究團(tuán)隊(duì)以生物礦化BSA蛋白模板為基礎(chǔ)，成功調(diào)控了鐵基MOF材料(Mil-100)的晶體結(jié)構(gòu)，最終制備了一種獨(dú)特的生物型MOF材料(BSA@Mil-100)，該材料具有多層次、納米到微米級(jí)的高效自組裝結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的Mil-100相比，BSA@Mil-100展現(xiàn)出顯著改善的微波吸收性能。研究結(jié)果表明，在8.85 GHz頻率下，BSA@Mil-100實(shí)現(xiàn)了-58 dB的顯著增強(qiáng)微波吸收性能，并具備6.79 GHz的帶寬。BSA作為模板封裝在Mil-100中，通過改善阻抗匹配、磁性損耗和介電損耗等方面，顯著提升了微波吸收性能。
 

　　此外，本研究還揭示了礦化蛋白BSA在調(diào)控MOF晶體形成中的作用，研究團(tuán)隊(duì)合成了以明膠和糖為模板的Mil-100樣品作為對(duì)照。研究結(jié)果表明BSA礦化蛋白通過特異性識(shí)別金屬離子形成特殊礦化位點(diǎn)，是合成MOFs的理想模板，通過原位包袱可以精確調(diào)控MOF的微觀結(jié)構(gòu)，確保單顆粒的均一性以及高效的自組裝。
 

　　上述工作為開發(fā)高性能的新型Bio-MOF材料提供了重要思路。
 

　　強(qiáng)磁場(chǎng)中心博士后Sajid ur Rehman、健康所博士后許帥、強(qiáng)磁場(chǎng)中心博士研究生李澤華為該論文的共同第一作者，強(qiáng)磁場(chǎng)中心王俊峰研究員和馬坤副研究員為共同通訊作者。該項(xiàng)研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部重大專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院ANSO基金，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院院長(zhǎng)基金以及SHMFF的支持。
 

　　圖注. 通過對(duì)Bio-MOF材料的雷達(dá)截面(RCS)吸收性能的模擬分析，解釋了蛋白質(zhì)原位包覆后如何影響MOF材料電磁性能的機(jī)制。