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Frequency-thickness normalized electromagnetic parameter design for broadband electromagnetic wave absorption in FeCoCu alloy foams

材料科学 介电常数 介电损耗 光电子学 涂层 电阻抗 极化(电化学) 电介质 吸收(声学) 宽带 电磁辐射 电磁学 热传导 电导率 合金 复合材料 导电体 光学 特性阻抗 薄膜 凝聚态物理 带宽(计算) 传输损耗 电磁兼容性 联轴节(管道) 输电线路 阻抗匹配 等效电路 感应耦合 皮肤效应 相对介电常数
作者
Bo Hu,Yanyi Chen,Weikang Song,Yongzheng Chen,Xuan Wang,Xijiang Han,Yunchen Du
出处
期刊:Soft science [OAE Publishing Inc.]
卷期号:6 (3)
标识
DOI:10.20517/ss.2026.121
摘要

Electromagnetic wave absorbing materials (EWAMs) are critical for mitigating electromagnetic (EM) pollution, yet achieving broadband absorption with thin coatings remains challenging because clear criteria for EM parameters optimization are still lacking. Herein, a frequency-thickness normalized EM parameters construction strategy is proposed based on transmission line theory. By quantitatively correlating complex permittivity, frequency, and coating thickness with reflection-loss minimization, the optimal complex permittivity for thin broadband absorption is constructed as $$ \varepsilon_{\mathrm{r}}^{\prime}=\left(\frac{76}{f d}\right)^{2} \\ $$, and $$ \varepsilon_{\mathrm{r}}^{\prime \prime}=\frac{95}{f d} \\ $$ (f in GHz and d in mm), thereby identifying the target complex permittivity distribution. The results show that pure conduction loss inherently deviates from the required parameter evolution and limits effective absorption bandwidths (EABs), whereas polarization and magnetic losses provide additional tunable degrees of freedom to approach optimal absorption conditions. To validate this theory-guided design principle, FeCoCu alloy foams with tunable Cu contents were synthesized. Cu incorporation regulates conduction loss and induces body-centered cubic (BCC)/face-centered cubic (FCC) dual phases, generating abundant heterogeneous interfaces for interfacial polarization, while the FeCo matrix preserves desirable magnetic loss. An equivalent circuit model further elucidates the dielectric loss mechanism, revealing that Cu mainly enhances interfacial polarization intensity rather than changing relaxation dynamics. Benefiting from the optimized coupling of conduction loss, polarization loss, magnetic loss, impedance matching, and quarter-wavelength cancellation, the Fe<sub>65</sub>Co<sub>30</sub>Cu<sub>5</sub> foam achieves an effective absorption bandwidth of 7.36 GHz with a coating thickness of 1.74 mm. This work provides a theory-guided framework for constructing optimal EM parameters and understanding dielectric loss mechanisms toward thin, efficient, and broadband EWAMs.

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