史上「最黑」的材料,靈感來自「超白」的甲蟲

2021-02-10 X-MOL資訊
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完美的黑體（dark body）理論上能夠將從任何角度觸及其表面的電磁輻射全部吸收，隨後再沒有任何損失地發射出所吸收的全部能量。可惜這一理想材料到目前為止只出現在教科書中，現今取得的進展與理想的黑體相距甚遠。

最近，沙特阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的Andrea Fratalocchi以及Yu Han等人在《Nature Nanotechnology》報導了一種新的納米材料，能夠吸收400-1400nm之間的入射光（可見光和紅外光）約98–99%的能量，且不受入射角度和偏振的影響，堪稱史上「最黑」的材料（blackest material）。這一材料對於能量採集和光互連（optical interconnect）器件的影響意義深遠。


這種新型納米材料的結構包括連接在一起的納米球和納米棒，比上一代基於碳納米管的最黑材料平均能多吸收26%的入射光。

複合納米材料. 圖片來源：chemistryworld

此外，該研究團隊還使用約100mW的納秒脈衝泵浦染料光放大器，對材料的結構黑度進行控制，並創建了一種新型光源，該光源不需要任何共振就能產生單色發射（帶寬約5nm）。這是通過光凝聚（light condensation）動力學實現的，所有吸收的電磁能自發地生成單色能量脈衝。

研究人員談到，他們的設計靈感來自於大自然中一種白色的聖甲蟲（Cyphochilus beetle）。這種甲蟲身上覆蓋有白色的甲殼，它超白的顏色歸因於其上的微觀光子晶體結構。在這些納米材料的啟發下，研究人員利用混沌能量採集的概念來「反轉」這種超白色並設計了這種超級黑的材料。


圖片來源：Univ. of Exeter

「現在，我們正準備把這些納米顆粒用於海水淡化和太陽能燃料生產的新設備中，」Fratalocchi說。「初步實驗表明，它們具有非常驚人的成績，我們現在正在優化原型。」

「自然會給科學家帶來偉大的啟發，」英國劍橋大學的Silvia Vignolini說。「這篇文章的作者們從Cyphochilus beetle的白色外殼得到啟發，但這種通用的概念也同樣適用於黑色。」

1. http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2015.228.html

2. http://www.rsc.org/chemistryworld/2015/10/record-black-body-nanomaterial

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