近日，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校（University of California San Diego）的科學(xué)家將氧化鋅半導(dǎo)體與金屬鋅、鋁摻雜氧化鋅結(jié)合，制備了一種超薄、柔軟、可調(diào)諧的吸光材料，為建筑降溫提供了一種新思路。

    2月4日，洛杉磯的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出一種超薄、柔軟、質(zhì)輕的材料，該材料能夠阻隔熱探測(cè)，同時(shí)吸收來(lái)自各個(gè)角度的光線，從而使建筑和汽車(chē)內(nèi)部即使在炎熱的夏季也可以保持涼爽。

    這種近乎完美的寬波段吸收體材料是美國(guó)加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校（University of California San Diego）的工程師們開(kāi)發(fā)出來(lái)的。它能吸收87%以上的近紅外光（1200-2200nm），其中98%的吸收發(fā)生在1550nm的光纖通信波長(zhǎng)。這種材料能從各個(gè)角度吸收光線，理論上還可以通過(guò)設(shè)置使之只吸收特定波長(zhǎng)的光而透過(guò)其他光。

    當(dāng)前，“完美”吸光材料已經(jīng)存在，但它們體積龐大、彎曲時(shí)易折斷，且無(wú)法根據(jù)人們的需要設(shè)定只吸收特定的波長(zhǎng)范圍，這在某種程度上限制了材料在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。

    不妨想象一下，一個(gè)用上述材料制得的用于降溫的窗戶涂料，不僅阻擋了紅外輻射，還阻隔了用于傳輸電視和廣播節(jié)目信號(hào)的自然光及無(wú)線電波。

    加州大學(xué)圣地亞哥分校Zhaowei Liu和Donald Sirbuly教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組通過(guò)開(kāi)發(fā)一種新型納米顆粒，創(chuàng)造了一種超薄、靈活可調(diào)的寬波段吸收體。“這種材料提供寬波段選擇性吸收，可以調(diào)諧到不同頻段的電磁光譜，”Liu說(shuō)。

    吸收體依賴于一種被稱為表面等離子體共振的光學(xué)現(xiàn)象，這是金屬納米粒子表面的自由電子集體運(yùn)動(dòng)與某些波長(zhǎng)的光發(fā)生相互作用的結(jié)果。金屬納米粒子可以攜帶大量的自由電子，因此它們表現(xiàn)出強(qiáng)烈的表面等離子體共振，但主要表現(xiàn)在可見(jiàn)光波段，而不是在紅外波段。研究人員推斷，如果它們能夠改變自由電子載流子的數(shù)量，它們可以將材料的表面等離子體共振調(diào)諧到不同波長(zhǎng)的光。

    Sirbuly解釋道：“通過(guò)減少自由電子載流子的數(shù)量可以使等離子體共振延伸到紅外區(qū)域。而增加自由電子載流子的數(shù)量則可以使等離子體共振延伸到紫外區(qū)域。”

    這種方法的難點(diǎn)在于它很難用于金屬，為解決這一挑戰(zhàn)，工程師們?cè)O(shè)計(jì)制作了一個(gè)由可以進(jìn)行修飾或摻雜的材料制成的吸收體——半導(dǎo)體，以攜帶不同數(shù)量的自由電子。

    研究人員使用一種具有中等數(shù)量自由電子的氧化鋅半導(dǎo)體。這種半導(dǎo)體中結(jié)合了金屬鋅以及鋁摻雜的氧化鋅，具有大量自由電子，雖然其自由電子數(shù)不及金屬，但也足以讓它在紅外區(qū)域表現(xiàn)出等離子體的性質(zhì)了。

    這項(xiàng)研究發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences期刊上。

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責(zé)任編輯：劉洋

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