基于非平面基底的宽波段吸光材料

Untitled吸光材料可用于太阳能光热转换、控制反射系数和辐射系数等场合。比如,光学系统中使用的金属光具座一般都经过表面发黑处理以消除反射。黑色吸光材料比较著名的例子有金黑(gold black)、碳纳米管薄膜等。但这些发黑方法或黑色吸光材料存在某些
缺点,比如,发黑过程针对特定金属材料,金黑易碎,碳纳米管薄膜需要高温过程。近几年在纳米光子学领域,人们用表面等离子体结构和超材料(Metamaterial)设计吸光薄膜,比如,将金纳米颗粒分散到介质材料中,通过改变组分可使复合材料的吸光波段落在紫外、可见、或近红外范围;而采用亚波长金属-介质-金属共振结构的超材料吸光薄膜,为了实现宽波段吸光,需在同一基底上集成不同共振频率的共振结构,而这又比较困难;还可以设计高深宽比的亚波长金属锥尖阵列,使入射光逐渐耦合到金属中去而不产生反射。然而,这些纳米光子学薄膜的吸光性能很大程度上取决于它们表面的精细结构,制备方面往往依赖于电子束光刻或聚焦离子束刻蚀,限制了样品尺寸,因此,发展可重复、可规模化的制备技术对其应用具有重要意义。

基于这一努力,华南师范大学华南先进光电子研究院的一个课题组提出了一种简单可规模化的方法制备在可见、近红外波段具有良好吸收率的黑色吸光材料。该团队通过复制锥形孔模板得到具有锥尖阵列的基底,并在基底上沉积一层铁薄膜,得到黑色吸光材料。虽然模板复制得到的锥尖阵列尺寸在微米级,减反射作用不显著,但在其上沉积的铁薄膜自发形成纳米尺度的柱状结构,结合铁薄膜所依附的微米周期性锥尖阵列,使得能够在较宽波段内有效地降低反射和陷光,达到增强吸收之目的。利用模板复制和薄膜沉积技术,使得基底不仅限于金属材料,也可用柔性聚合物材料。利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)做基底制备的黑色吸光薄膜还具有超疏水特性。相关论文在线发表在Small上。