美國加州大學聖地牙哥分校的研究人員研製出一種輕薄的柔性吸波材料， 被稱作近乎完美的寬頻吸波體， 可用作透明視窗塗層阻擋熱探測， 在軍用上可以讓裝備實現紅外隱身， 在民用上可以讓建築物和汽車在太陽下保持涼爽。
一、研究背景
寬頻吸波體對於光探測、能量吸收、隱身等領域至關重要。 當前， 寬頻吸波體的設計多為塊材或平面薄膜， 彎曲或加熱時易發生斷裂或分化。 與此同時， 將平面薄膜轉移到柔性、輕薄、低成本的基底上也存在挑戰。
二、技術原理
這種吸波材料的吸波原理在於表面等離子體共振現象，
左：雙曲納米管示意圖
中：平行于納米管軸線方向的掃描電鏡圖
右：垂直于納米管軸線方向的掃描電鏡圖
金屬納米粒子具有大量自由電子， 表現出強的表面等離子共振， 但主要發生在可見光波段而不在紅外波段。 改變自由電子數量， 可調節材料的表面等離子體共振， 實現對不同波長光的吸收。 研究人員設想通過摻雜改變自由電子數量來針對不同波長的光調節材料表面的等離子體共振：降低自由電子數量， 可使等離子共振波段靠近紅外波段；增加自由電子數量， 可使等離子共振波段靠近紫外波段。
本項研究採用了雙曲超材料顆粒， 經緊密壓縮後製備得到一種顆粒吸波體， 能吸收任意方向入射的紅外光且可通過調節實現對特定頻段紅外光的選擇性吸收。 試驗過程是先採用納米球刻蝕技術製備具有一定孔結構的矽襯底， 隨後利用原子層沉積法以雙曲超材料納米顆粒為原料， 在矽襯底上沉積並採用活性離子刻蝕後得到單原子厚度的納米管陣列， 每個納米管由氧化鋅和摻鋁氧化鋅的交替同心環製成。 然後， 將這些納米管陣列從矽襯底轉移到薄的彈性聚合物襯底上，
實驗結果表明， 這種寬頻吸波材料具有透明度高、柔性好、全向和寬頻吸收、吸收頻段可調等特性。 測試結果顯示， 在1200-2200納米波段的吸收率超過87%， 其中在1550納米處得吸收率達到最大為98%。
樣品的透明度展示
樣品的柔性展示
將雙曲納米管轉移到聚合物基體並多次彎曲後的掃描電鏡圖
通過調節納米管間的間隙尺寸、材料的比例、材料的類型和載流子濃度等， 可實現對吸收頻段以及吸收頻寬的控制。 其中， 載流子的濃度可通過原子層沉積的沉積溫度來調控。 當沉積溫度為200℃， 在1550nm處吸收率達到最大為98.1％。 當沉積溫度為185℃時， 1500nm到超過2200nm的寬頻吸收率大於87％， 且在1700nm處吸收率達到最大為96.3％。
三、影響意義
這種材料可轉移到任何類型的基底上， 並可用於大表面積的設備上。 該技術目前仍處於開發階段， 研究人員繼續嘗試不同材料、幾何形狀和設計， 開發在不同波長光起作用的吸光體。除氧化鋅/摻鋁氧化鋅體系外，模擬結果證明本研究的技術還可用於其他材料體系中實現選擇性和寬頻吸收，如氮化鈦 /（鋁，鈧）體系，在整個可見光波段的吸收率大於89％，同時還能抑制近紅外光的吸收。本項研究也為不同頻率範圍的電磁波的控制提供了一個新方法，有望用於製備對電磁波選擇性吸收的新材料。
（藍海星：方楠）
開發在不同波長光起作用的吸光體。除氧化鋅/摻鋁氧化鋅體系外，模擬結果證明本研究的技術還可用於其他材料體系中實現選擇性和寬頻吸收，如氮化鈦 /（鋁，鈧）體系，在整個可見光波段的吸收率大於89％，同時還能抑制近紅外光的吸收。本項研究也為不同頻率範圍的電磁波的控制提供了一個新方法，有望用於製備對電磁波選擇性吸收的新材料。（藍海星：方楠）