[发明专利]一种三维黑色纳米金属宽光谱吸光薄膜的制备方法

说明书

本发明提出了一种三维黑色纳米金属宽光谱吸光薄膜的制备方法。通过引入强还原剂/强氧化剂的竞争机制，实现特殊晶种类型的高度一致化筛选，并通过续生长首次得到表面具有大量凹凸、结构复杂的三维立体化结构。同时采用电泳法制备了可均匀覆盖任意形貌的导电材质上的宽光谱吸光薄膜，沉积过程可连续进行，厚度可精确控制而且十分牢固。以上产品在红外光学、伪装技术、光能利用及薄膜器件等领域具有广泛的应用前景。这种结构复杂的三维立体化颗粒黑色金属薄膜具有宽角度分辨特性。

技术领域

本发明涉及纳米光子学、等离激元学、红外光学、伪装技术、光能利用和薄膜器件等领域，特别涉及一种三维黑色纳米金属宽光谱吸光薄膜的制备方法。

背景技术

金属纳米材料由于其表面等离激元共振效应而具有独特的光学性质，如对光的局域增强、强烈的吸收和散射等。金属纳米材料的光学性质不仅与材料本身有关，还与材料的几何结构有关，具有特殊纳米结构的纳米材料可通过其几何参数的改变实现对电磁场的调控。金属纳米结构越复杂，随机性越强，与其相互作用，形成共振的光波波段就越宽。而且，当金属结构表面出现极小的数纳米量级的间距和裂缝时，可极其显著地局域光，这就是所谓的“热点”(hot spots)效应。因此，研制出具有复杂结构特征的金属纳米结构，充分发挥和利用其表面等离激元共振效应，可有效地在宽光谱波段操控和局域光，进而在红外光学、伪装技术、光能利用及薄膜器件等众多领域实现应用。

光照射到金属纳米结构表面并形成局域共振时，纳米结构表面很小的范围内呈现出显著的近场光局域增强效应。且光场随着远离纳米结构表面的距离的增加而迅速衰减。同时，金属纳米结构对光还具有强烈的散射和吸收作用。在纳米尺度下被金属所散射的光将改变其原有的传播方向。而在纳米尺度下被金属纳米结构所吸收的光能，则可通过非辐射跃迁过程转化为热能，造成金属纳米结构发热，实现光能至热能的转换。因此金属纳米结构作为高度局域且高效的热源，在太阳能利用、海水淡化、光热杀菌、光催化等领域极具应用价值。

在光吸收材料领域，为满足高新技术快速发展的需求，人们对吸光材料提出了宽光谱、高吸收、规模化、重量轻及低成本等众多的要求。常见的吸光材料有碳纳米管、基于多孔氧化铝模板(AAO)沉积的金属纳米颗粒、堆积的金属纳米颗粒等。其中碳纳米管的生长方法不仅工艺工程复杂，而且需要特殊的基底，成本较高；AAO方法需要预制模板，孔道的尺寸和数量决定了纳米吸光材料层的结构，且无法制备出形貌复杂的结构，故无法满足一些特殊场合的需求。堆积的金属纳米颗粒虽然采用了设备简单、操作方面化学合成方法，但堆积的单一结构的金属纳米颗粒吸收光谱较窄，且吸收效率低，不利于实际应用。因此如果能开发一种反应过程简单、高吸收、宽光谱、低成本且可大规模生产的复杂结构的金属纳米材料的制备方法是十分必要的。

在宽光谱吸光、陷光薄膜制备技术方面，通常的技术方法包括刷涂法、旋涂法等。其中刷涂法制备的薄膜均匀很差，不够牢固且狭小的区域不利于操作；旋涂法要求必须是平整的基底，无法在结构复杂的基底上工作，也不能满足特殊形貌基底的要求，且比较浪费原材料，成本较高。这些常规的制膜的技术无法满足一些特殊应用领域的实际需求。因此，为满足各个应用领域对吸光薄膜工艺的特殊要求，研发出低成本、工艺简单且可满足各种复杂结构基底要求的宽光谱吸光、陷光薄膜的制备方法也具有显著的迫切性。

发明内容

技术问题：本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出了一种三维黑色纳米金属宽光谱吸光薄膜的制备方法，通过引入强还原剂/强氧化剂的竞争机制，实现特殊晶种类型的高度一致化筛选，并通过续生长首次得到表面具有大量凹凸、结构复杂的三维立体化结构。同时采用电泳法制备了可均匀覆盖任意形貌的导电材质上的宽光谱吸光薄膜，沉积过程可连续进行，厚度可精确控制而且十分牢固。以上产品在红外光学、伪装技术、光能利用及薄膜器件等领域具有广泛的应用前景。

技术方案：本发明的一种三维黑色纳米金属宽光谱吸光薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：晶种生长过程