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加州大学圣地亚哥分校研发出超薄柔性吸光材料,可用于能源及隐身应用

2017-02-06 165浏览 标签: 美国柔性吸光材料

2017年2月2日,加州大学圣地亚哥分校的工程师开发出了在可见光下超薄、柔性、透明的光吸收材料,被称为“近乎完美的宽带吸收体(near-perfect broadband absorber)”,可用于能源及隐身应用。

加州大学圣地亚哥分校Jacobs工程学院Zhaowei Liu教授带领的团队通过开发一种新型的基于纳米粒子的设计,创建了这个“近乎完美的宽带吸收体(near-perfect broadband absorber)”。材料可以吸收大于87%的近红外光(1,200至2,200纳米波长),在1550纳米处(光纤通讯波长)吸收率为98%。该材料能够从各个角度吸收光,理论上科学家们也可以通过定制使它只吸收某些特定波长的光,同时让其它波长的光通过。

此种材料的潜在应用包括:能在太阳光照射强烈的日子使建筑物和汽车保持凉爽的透明窗户涂料;比太阳能电池效率高三倍的设备以及超薄、轻质的可以屏蔽热检测的防护罩。




图:纳米管阵列的示意图

此次研究中,工程师通过使用半导体材料来设计和建造光吸收体。研究人员将具有适量自由电子的氧化锌半导体材料,与其金属版本铝掺杂氧化锌组合在一起。铝掺杂氧化锌容纳的自由电子虽不如金属那样多,但足够使其在红外线中具有等离子体性质。

该材料是在加州大学圣地亚哥分校Qualcomm研究所的Nano3洁净室设施中,使用先进的纳米制造技术制造出来的。该材料在硅衬底上每次沉积一个原子层,以产生站立式纳米管阵列,每个由交替的氧化锌和掺铝氧化锌的同心环制成。纳米管为1730纳米高,直径为650至770纳米,间隔小于一百纳米。然后科学家将纳米管阵列从硅基板转移到超薄弹性聚合物上,形成在可见光中超薄、柔性和透明的材料。

毕业于加州大学圣地亚哥分校的纳米工程博士、此项研究工作的第一作者Conor Riley说:“我们可以在此设计中改变不同的参数,以定制材料的吸收带:比如纳米管之间间隙的尺寸、材料的比例、材料的类型和电子载流子浓度。我们的模拟表明这是可能的。”



图:在可见光下薄的、柔性和透明的近乎完美的宽带吸收体

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