美國研制出高性能柔性寬頻紅外吸光材料
2017-03-15 15:24:35 來源： 瀏覽次數(shù)：0
不久前，美國加利福尼亞大學圣地亞哥分校宣布，該校研究人員開發(fā)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，用作透明窗口涂層可以讓軍事裝備實現(xiàn)紅外隱身，在民用上可以讓建筑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，被稱為近完美寬帶吸收體。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(fā)生斷裂；同時也不能調控成吸收特定波長范圍的光，不利于某些應用。例如，用于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(jié)目的無線電波擋掉。研究人員通過開發(fā)出一種全新的納米粒子設計，創(chuàng)建出一個寬帶吸波體，具備輕薄、柔性、可調的優(yōu)點。
該材料依靠表面等離子共振現(xiàn)象實現(xiàn)光吸收。等離子共振現(xiàn)象是金屬納米粒子與一定波長的光相互作用后，表面發(fā)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(xiàn)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(shù)量來針對不同波長的光調節(jié)材料表面的等離子體共振。將自由電子數(shù)量降低，就可以將等離子共振推向紅外波段；將自由電子數(shù)量增加，就可以將等離子共振推向紫外波段。這個方法的難點在于金屬材料難以實現(xiàn)自由電子數(shù)量的調節(jié)。為了應對這個挑戰(zhàn)，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(shù)量可以通過摻雜等方式進行調節(jié)。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制吸光材料。氧化鋅半導體的自由電子數(shù)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(chǎn)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(guī)模生產(chǎn)，并應用到大表面積的設備上，如大型玻璃的寬帶吸波體，打破了納米材料制備尺寸不超過幾厘米的瓶頸，是制備技術上的一個大邁進。控制以下參數(shù)可以實現(xiàn)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。該技術目前仍處于開發(fā)階段。研究人員繼續(xù)嘗試不同材料、幾何形狀和設計，開發(fā)在不同波長光起作用的吸光體。
信息來源：中國航空報 編輯：茍麗麗