纳微复合结构超黑新材料的可控制备及光学性能调控研究

Super black materials can absorb almost the entire incident light and thus are widely applied on stealth, light detecting devices and solar energy conversion facilities. However most of the current commercialized super black materials can only work in a limited wavelength. In this project, we aim to develop a new super black metallic alloy with combinations of ordered micro pyramid structures and disordered nanoporous structures. Nano-imprinting in super-cooled liquid region and dealloying will be performed on metallic glasses to prepare the combined micro/nano crystalline structures. Simulation will also be used as theoretical instruction to optimize the combined structures. It can be predicted that this work will not only promote the development of super black materials with larger working wavelength and higher efficiency, but encourage the fusion of material science, chemistry and numerical simulation.

超黑材料因其可以捕获几乎全部的入射光，被广泛应用于隐身、探测及高效光能转换等设施中，在航空航天、国防工业及能源等领域具有极高的实用价值和重要的战略意义。针对现有超黑材料工作波段有限的问题，本研究提出将基于金属玻璃的超塑性纳米压印技术与新兴的脱合金技术结合，引入仿真模拟计算，设计开发出具有微纳分级结构、宽波段超黑的新金属材料。这不仅对推动超黑材料向宽波段、高效率方向发展具有重大现实意义，而且将促进材料学、化学及理论数值模拟的相互交叉渗透发展，丰富相关研究领域的基础理论，具有重大学术价值。

超黑材料因其可以捕获几乎全部的入射光，被广泛应用于隐身、探测及高效光能转换等设施中，在航空航天、国防工业及能源等领域具有极高的实用价值和重要的战略意义。针对现有超黑材料工作波段有限的问题，本研究提出利用微纳分级多孔结构实现紫外-可见光-红外波段吸收的设计思路。利用脱合金法、氢气泡模板法以及第二相去除法，制备了系列Pd基纳米多孔材料，TiN微米多孔材料以及Cu、CuNi、CuNiP、Cu/石墨烯、CuNi/石墨烯体系的微纳分级多孔材料。系统分析了制备条件如预合金成分、镀液成分、腐蚀液成分、沉积电流密度、沉积时间、温度及后处理等关键参数对多孔材料微观结构的影响。建立了不同成分和微观结构与吸光性能的联系，探讨了其成分-结构-性能的内在机制。研究结果表明，具有微纳分级孔结构的金属材料在紫外-可见光-红外波段具有良好的宽波段吸收性能，在0.2-20um范围内可获得99%以上的吸收效果。