研究人员利用高能量飞秒激光脉冲在金属表面刻蚀纳米级结构，使其仅在太阳光波段选择性吸收光线，而在其他波段则不吸收。
普通金属表面光亮且反射率很高。多年前，郭春雷实验室开发出一种黑色金属技术，可将光亮的金属变为纯黑色。
“但要制造一种完美的太阳能吸收材料，”郭教授说，“仅有黑色金属是不够的，这种选择性吸收材料才是关键。”郭教授是光学教授，同时隶属于罗切斯特大学物理与天文学系及材料科学项目。
这种表面不仅增强了对太阳光的能量吸收，还减少了其他波段的热量散失，从实际效果来看，郭教授表示，这是“首次制成完美的金属太阳能吸收材料”。他还说：“我们还利用热电发电装置展示了太阳能的利用。”
他补充道：“这将适用于任何热太阳能吸收或收集装置”，尤其适用于阳光充足的地区。
研究人员对铝、铜、钢和钨进行了实验。他们发现，常用作热太阳能吸收材料的钨，经新型纳米结构处理后，太阳能吸收效率最高。与未经处理的钨相比，这使热电发电效率提高了130%。
该实验室还利用飞秒激光刻蚀技术制造了 超疏水（排斥水）与超亲水（吸引水）的金属。例如，2019年11月，郭教授的实验室报告称，已制造出一种金属结构，即使被反复压入水中，或受到严重损坏或穿孔，仍不会下沉。
然而，这篇新论文是在该实验室早期利用飞秒激光刻蚀黑色金属研究的基础上进行的拓展。
在制造亲水和疏水金属之前，郭教授与助理阿纳托利·沃罗贝耶夫（Anatoliy Vorobyev）已展示了利用飞秒激光脉冲使几乎任何金属变为纯黑色的方法。金属表面形成的结构对入射辐射（如光线）具有极强的捕获能力。但它们捕获的是较宽波长范围内的光。
随后，他的团队采用类似工艺，使多种金属的颜色除已实现的黑色外，还可变为蓝色、金色和灰色等多种颜色。其应用可包括制作滤色片和光谱光学器件；汽车工厂利用单束激光生产不同颜色的汽车；在冰箱门上刻蚀全彩家庭照片；或用与未婚妻蓝色眼睛颜色相配的金色戒指求婚。
该实验室还运用最初的黑色及彩色金属技术，在普通钨丝表面制造出一种独特的纳米和微米级结构阵列，使灯泡在相同能耗下发出更亮的光。
“我们让激光束直接穿过灯泡玻璃，改变了灯丝上的一小块区域。点亮灯泡时，我们确实能看到这一小块区域明显比灯丝其他部分更亮，”郭教授说。
该论文发表于《光：科学与应用》。该研究获得了比尔及梅琳达·盖茨基金会、美国陆军研究办公室和美国国家科学基金会的资助。
来源：罗切斯特大学
