稳定超黑表面的构筑与吸光性能

作     者：赵伟伟 余文杰 刘小青 ZHAO Weiwei;YU Wenjie;LIU Xiaoqing

作者机构：中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室宁波315201 

出 版 物：《中国表面工程》 (China Surface Engineering)

年 卷 期：2024年第37卷第6期

页      面：473-480页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(52003282) 中国科学院宁波材料技术与工程研究所所长基金(2022SZKY0311) 

主　　题：超黑 激光加工 微纳结构 吸光性能 耐久性 

摘      要：超黑材料在光学仪器、能量收集等领域具有广阔的应用前景,但是大多数制备方法条件苛刻,更重要的是其力学性能差,限制了作为光吸收层的应用。基于激光加工技术制备多孔模板,通过转印、剥离得到稳定的聚二甲基硅氧烷/碳纳米管(PDMS/CNTs)超黑材料。通过SEM、Raman以及UV-Vis-NIR对材料的结构、表面形貌和吸光性能进行表征;利用红外热成像仪记录样品在太阳光下的表面温度变化,研究其光热性能。结果表明,在激光作用下,模板表面能够形成孔洞结构,通过控制激光功率可以改变孔洞的大小和深度。相应地,通过转印、剥离制备得到的PDMS/CNTs吸光材料具有不同深宽比的有序锥形阵列结构,而且锥形结构表面较为粗糙。吸光材料在200~2 000 nm波长范围内均有较强的吸收能力,吸光率能够超过99%,表面呈现出极度黑色。这一方面归因于CNTs材料的本征吸光特性;另一方面与PDMS/CNTs材料表面的锥形阵列结构相关,通过多次光线反射实现在较宽波段内的减反射并陷光,达到增强吸收的目的。进一步探究PDMS/CNTs超黑材料的耐久性,结果表明,在高温热老化、光老化以及机械外力作用下,其吸光性能基本保持不变。最后,研究了PDMS/CNTs超黑材料的光热性能,在太阳光下,其升温值达到65℃。超黑材料的制备方法简单且稳定性好,在吸光领域将具有很大的应用潜力。