建筑降温出新招，吸光材料来帮忙

材料牛注：近日，美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校（University of California San Diego）的科学家将氧化锌半导体与金属锌、铝掺杂氧化锌结合，制备了一种超薄、柔软、可调谐的吸光材料，为建筑降温提供了一种新思路。

2月4日，洛杉矶的科学家们开发出一种超薄、柔软、质轻的材料，该材料能够阻隔热探测，同时吸收来自各个角度的光线，从而使建筑和汽车内部即使在炎热的夏季也可以保持凉爽。

这种近乎完美的宽波段吸收体材料是美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的工程师们开发出来的。它能吸收87%以上的近红外光（1200-2200nm），其中98%的吸收发生在1550nm的光纤通信波长。这种材料能从各个角度吸收光线，理论上还可以通过设置使之只吸收特定波长的光而透过其他光。

当前，“完美”吸光材料已经存在，但它们体积庞大、弯曲时易折断，且无法根据人们的需要设定只吸收特定的波长范围，这在某种程度上限制了材料在一些领域的应用。

不妨想象一下，一个用上述材料制得的用于降温的窗户涂料，不仅阻挡了红外辐射，还阻隔了用于传输电视和广播节目信号的自然光及无线电波。

加州大学圣地亚哥分校Zhaowei Liu和Donald Sirbuly教授领导的研究小组通过开发一种新型纳米颗粒，创造了一种超薄、灵活可调的宽波段吸收体。“这种材料提供宽波段选择性吸收，可以调谐到不同频段的电磁光谱，”Liu说。

吸收体依赖于一种被称为表面等离子体共振的光学现象，这是金属纳米粒子表面的自由电子集体运动与某些波长的光发生相互作用的结果。金属纳米粒子可以携带大量的自由电子，因此它们表现出强烈的表面等离子体共振，但主要表现在可见光波段，而不是在红外波段。研究人员推断，如果它们能够改变自由电子载流子的数量，它们可以将材料的表面等离子体共振调谐到不同波长的光。

Sirbuly解释道：“通过减少自由电子载流子的数量可以使等离子体共振延伸到红外区域。而增加自由电子载流子的数量则可以使等离子体共振延伸到紫外区域。”

这种方法的难点在于它很难用于金属，为解决这一挑战，工程师们设计制作了一个由可以进行修饰或掺杂的材料制成的吸收体——半导体，以携带不同数量的自由电子。

研究人员使用一种具有中等数量自由电子的氧化锌半导体。这种半导体中结合了金属锌以及铝掺杂的氧化锌，具有大量自由电子，虽然其自由电子数不及金属，但也足以让它在红外区域表现出等离子体的性质了。

这项研究发表在Proceedings of the National Academy of Sciences期刊上。

原文链接：‘New light-absorbent material to cool buildings, cars’.

文献链接：Near-perfect broadband absorption from hyperbolic metamaterial nanoparticles.

本文由编辑部月亮提供素材，王飞编译，雪琰审核，点我加入材料人编辑部。

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