美國研製出高性能柔性寬頻紅外吸光材料

試驗中的柔性寬頻吸光材料。

不久前，美國加利福尼亞大學聖地亞哥分校宣布，該校研究人員開發出一種輕薄、柔性的紅外吸光材料。這種輕薄材料的吸光效率超過太陽能電池的3倍，可以阻擋熱探測，用作透明窗口塗層可以讓軍事裝備實現紅外隱身，在民用上可以讓建築物和汽車在太陽下保持涼爽。這種材料可以吸收超過87%的近紅外光（波長1200～2200納米），其中98%是1550納米波長光，被稱為近完美寬頻吸收體。以上紅外波段是光纖通信的波段。

「完美」吸光材料已存在，但是目前的吸光材料都是塊狀的，彎曲的時候易發生斷裂；同時也不能調控成吸收特定波長範圍的光，不利於某些應用。例如，用於玻璃的隔熱材料不僅能阻擋紅外輻射，也將正常的光和播送電視和收音機節目的無線電波擋掉。研究人員通過開發出一種全新的納米粒子設計，創建出一個寬頻吸波體，具備輕薄、柔性、可調的優點。

該材料依靠表面等離子共振現象實現光吸收。等離子共振現象是金屬納米粒子與一定波長的光相互作用後，表面發生的自由電子集體移動。金屬納米粒子能帶有大量自由電子，所以展現出強表面等離子共振——但是主要在可見光波段，不在紅外波段。

研究人員設想改變自由電子數量來針對不同波長的光調節材料表面的等離子體共振。將自由電子數量降低，就可以將等離子共振推向紅外波段；將自由電子數量增加，就可以將等離子共振推向紫外波段。這個方法的難點在於金屬材料難以實現自由電子數量的調節。為了應對這個挑戰，研究人員利用半導體材料設計出了一個吸光材料。半導體材料的自由電子數量可以通過摻雜等方式進行調節。研究人員使用氧化鋅半導體和氣金屬對應物鋁摻雜的氧化鋅研製吸光材料。氧化鋅半導體的自由電子數量適中；而鋁摻雜的氧化鋅具有大量的自由電子，沒有實際金屬納米多，但足以在紅外光下產生等離子體激光效應。

這種材料可以轉移到任何類型的基底上，可以大規模生產，並應用到大表面積的設備上，如大型玻璃的寬頻吸波體，打破了納米材料製備尺寸不超過幾厘米的瓶頸，是製備技術上的一個大邁進。控制以下參數可以實現對吸光頻帶的控制：管間距、材料比率、材料類別以及載流子濃度。該技術目前仍處於開發階段。研究人員繼續嘗試不同材料、幾何形狀和設計，開發在不同波長光起作用的吸光體。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！