5G/6G 通信、雷达与物联网的爆发，让"6 GHz 以下低频、轻薄、耐温"成为电磁波吸收材料最难啃的三块硬骨头。北京理工大学曹茂盛团队联合东南大学在材料领域顶刊 Advanced Materials 发表研究成果：以快速焦耳加热（1800 ℃、仅 500 ms）在石墨烯氧化物上合成 FeCoNi、FeCoNiCr、FeCoNiCrCu 三系高熵合金纳米颗粒，再施以不同强度磁场退火（0/0.5/0.95 T）诱导化学短程有序（SRO）——其中 FeCoNiCr 的 0.5 T 样品在仅 1.59 mm 厚度下实现 −72.30 dB 的超强反射损耗与 4.40 GHz 最大有效吸收带宽，85 ℃ 高温下带宽保持率仍达 92.7%，并经柔性天线与应变传感器完成"从原子设计到器件集成"的全链条验证。
01 论文拟解决的关键挑战
高熵合金吸收体虽有成分与微结构的双重可调性，但想把它"调对"，横着三道坎：
▸ 低频困境：6 GHz 以下波长长，往往需要很厚的吸收体，有效吸收带宽（EAB）受限；Snoek 极限制约起始磁导率与自然共振频率的权衡； ▸ 成分耦合难题：成分、电导、界面同时变化，合金—晶格对电磁响应的真实贡献难以厘清； ▸ SRO 认知空白：化学短程有序描述局域原子对概率对无序混合的偏离，理论表明磁状态可影响化学有序（如 CrCoNi），但磁场加工—局域配位—电磁响应三者的联结从未被系统建立。
本文核心思路：建立"两步热处理"路线——第一步以快速焦耳加热在石墨烯氧化物上于 1800 ℃、500 ms 内合成三系高熵合金纳米颗粒（加热参数完全一致，保证成分可比性）；第二步以磁场退火（600 ℃、0.5 h，0/0.5/0.95 T）在限制长时间热暴露与过度晶粒长大的前提下，诱导与 SRO 相关的局域原子重排；再以局域显微、场关联原子建模与固定成分电子结构计算三线合围，打通"磁场退火 → 局域化学关联 → 电磁响应"的完整解释链，并延伸到器件集成。
02 图文简介
▍材料端：500 ms"闪炼"出高熵合金
图1 建立材料根基，回答"三系高熵合金如何被合成、SRO 如何被引入"。两步路线为：石墨烯氧化物负载的合金纳米颗粒经快速焦耳加热（1800 ℃、500 ms，加热参数完全一致）合成 3Ep/4Ep/5Ep，再于 0/0.5/0.95 T 磁场中 600 ℃ 退火 0.5 h；表征证实合金纳米颗粒均匀锚定于褶皱 rGO 骨架、主 FCC 相（Fm-3m）在各成分与退火条件下均保持，Raman ID/IG 变化有限表明碳载体重构非性能变化的主因，而 FFT 超晶格斑点与 SRO 衬度域统计（4E0 平均约 1.65 nm）给出局域有序的直接证据。
（图1：合成路线与结构表征）
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▍成分端：构型熵"重新分配"损耗而非"全面增强"
图2 建立成分基线，回答"元素越多、熵越高，吸波就越好吗"。三系理想构型熵 Sconfig 依次为 9.13、11.53、13.38 J·mol−1·K−1，但行为并非单调向好：3Ep-r 介电响应过强（ε′max 27.01、ε″max 16.10），表面反射严重、阻抗失配（|Zin/Z0| 仅 0.509，EAB 为 0）；4Ep-r则以适中介电损耗与 μ″max 0.146 达成平衡，EABmax 3.12 GHz、|RLmin| 18.38 dB——多元化学重新分配传导、极化与磁损耗的占比，为磁场调控锁定 4E 基线。
（图2：成分依赖的电磁响应与吸收性能）
▍工艺端：磁场退火诱导 SRO 重排与电磁协同
成分锁定后，第二个设计变量"磁场"登场——图3 是全文枢纽，提出局域关联假说（3E 富 Fe-SRO、4E Co 中心 SRO、5E 分散 SRO）并给出九个样品的完整性能谱：4E5-r 在 1.59 mm 处 |RLmin| 达 72.30 dB、|Zin/Z0| 0.9996，EABmax 4.40 GHz、|RLmin/t| 45.47 dB·mm−1，tanδe,max 0.651 与 tanδm,max 0.154 兼备；MFA 同时调制极化弛豫（εp″ 峰值 3.50→3.19→0.20）与饱和磁化（Ms 119.08/112.50/118.16 emu·g−1）；DFT 训练的场关联原子工作流（VASP→DeepMD→LAMMPS）进一步给出磁性描述符 HSRO 与介电描述符 DSRO，分别追踪 Ms 与 εp″ 的演化。
（图3：SRO演化与SRO−电磁性能关联）
▍机理端：Co 中心化学关联的电子起源
"Co 中心重排"为何能同时拨动介电与磁性两个开关？图4 下探到电子结构给出答案：模型统计显示 4E5 中 Co–Co 富集最强（wij 5.244、Δwij 5.249）并伴随 Co–Cr/Co–Fe 贫化（−2.615/−2.351），确立 Co 中心的近邻化学重排；固定成分（Co7Fe7Ni7Cr6）电子结构计算表明电荷不均匀性依赖 Co–Co 配位数（积分 Δρ 依 Co2 > Co6 > Co3 ≈ Co4 递减），费米能级附近总态密度与自旋分辨态密度随局域构型非单调重构——是局域配位、而非成分变化，决定了电荷再分布与自旋极化。
（图4：局域配位的电子结构起源）
▍器件端：从天线到可穿戴的集成验证
机理闭环之后，图5 回答"这套材料能不能用"：以合金/rGO 复合材料为介质基板的 U 型微带贴片天线在 2.0 mm 厚度下达 S11 −55.882 dB（阻抗带宽 1.878 GHz）；4Ep 柔性应变传感器在手指、手腕、膝盖动作及 300 次加载循环中保持可复现响应；Tafel 腐蚀测试补齐耐蚀对比（3Ep 具有全数据集最低的 Icorr 0.00337 mA·cm−2），手机辐射检测演示（放入 4Ep 后读数由 108 降至 06）则给出电磁交互的定性展示。
（图5：天线仿真、应变传感器与功能演示）
▍工程端：92.7% 耐温保持与超表面应用
器件要在变温环境里工作，图6 为全文收尾：4E5 在室温—85 ℃ 连续加热 900 s 内平均 EABmax 4.19 GHz、平均 |RLmin| 44.35 dB，85 ℃ 时 EABmax 仍达 4.08 GHz——92.7% 的温度专属最大值保持率，|RLmin| 亦有 53.9 dB；以实测色散参数为输入、经机器学习优化的超表面在 4.69 GHz 附近实现 RLmin 约 −18.55 dB（有效吸收带 4.12–5.43 GHz），将亚 6 GHz 低频吸收与芯片集成、串扰抑制场景对接。
（图6：热稳定性与超表面应用）
03 结论
本研究建立了 rGO 负载 FeCoNi、FeCoNiCr、FeCoNiCrCu 成分复杂合金在 0、0.5、0.95 T 磁场退火下"成分—工艺"依赖的电磁响应。在所考察的 4E 条件中，4E5 提供了介电损耗、磁响应与阻抗匹配的有利组合；局域显微学支持保留 FCC 主相内的短程化学关联解释；场关联原子分析识别出与 Co–Cr/Co–Fe 贫化相耦合的富 Co 配位；固定成分电子结构计算确立了电荷再分布与自旋分辨态对局域排列的敏感性，共同支持以 Co 为中心的介电—磁平衡解释。基于实测电磁参数的计算给出 4E5 在 1.59 mm、6 GHz 以上 RLmin −72.30 dB 与 EABmax 4.40 GHz；85 ℃ 时 EABmax 为 4.08 GHz（室温最大值的 92.7%）。数值评估预测超表面 RLmin 约 −18.55 dB（4.69 GHz 附近）、2.0 mm 天线基板 S11 最小 −55.882 dB（带宽 1.878 GHz）。该工作确立了 MFA 作为平衡微波响应的有效工艺变量，并发展出融合合金电子结构与复合材表面/界面响应的局域关联设计理性。
04 设备支持
本工作中，快速焦耳加热是"两步热处理"路线的第一步，也是整项研究的起点：1800 ℃ 的极限高温、仅 500 ms 的毫秒级处理时长，让三系高熵合金纳米颗粒在石墨烯氧化物上瞬时成核结晶——这种毫秒级热冲击正是高熵合金纳米颗粒可控合成与后续 SRO 调控的前提。
论文方法学原文引用："FeCoNi, FeCoNiCr, and FeCoNiCrCu alloy nanoparticles were first synthesized on graphene oxide by rapid Joule heating at 1800°C for 500 ms under identical heating parameters and denoted 3Ep, 4Ep, and 5Ep, respectively."
论文致谢部分点名致谢了深圳中科精研科技有限公司：
论文致谢原文引用："The authors would like to thank ... Shenzhen Zhongke Jingyan Technology Co., Ltd. for providing equipment supporting (Rapid Joule Heating, HTS-1532D)."
这台快速焦耳加热装置在本工作中体现了三项关键能力：毫秒级 1800 ℃ 极限热冲击（传统管式炉以 °C/min 级速率需数小时，焦耳加热 500 ms 完成，且超短时长抑制过度热暴露与晶粒长大）、程序控温与参数一致性（三种成分在"identical heating parameters"下并行合成，保证成分对比的科学性）、真空管式反应器适配（与后续磁场退火工艺无缝衔接，组成完整两步路线）。
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05 原文信息
Li, L.-Y.; Ma, Z.; Bai, J.-X.; Cao, W.-Q.; Gao, L.-H.; Cao, Q.; Jiang, M.; Cao, M.-S. Magnetic-Field-Annealing-Induced Short-Range Order in High-Entropy Alloys for Enhanced Electromagnetic Response. Advanced Materials2026, e75400.DOI: https://doi.org/10.1002/adma.75400
