中国科学院推荐：黑胶前材料新突破

中国科学院推荐：黑胶前材料新突破

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中国科学院

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来源

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https://sinano.cas.cn/news/kyjz/202412/t20241217_7494040.html

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https://new.qq.com/rain/a/20241220A01FPU00

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https://aerogel-online.com/news/html/?97.html

中国科学院苏州纳米所张学同团队在气凝胶超黑材料领域取得重要进展，相关成果发表在国际知名期刊《Advanced Materials》上。该研究提出了一种新型超黑材料的通用合成方法，通过将吸光纳米粒子悬浮在氧化硅气凝胶中，成功制备出一系列具有不同材料组分及功能特征的气凝胶超黑材料。这一突破有望为精密光学、高动态显示、太阳能收集等多个领域带来新的发展机遇。

超黑材料，即光吸收率超过98%的材料，因其独特的光学性能，在精密光学、高动态显示、太阳能收集、红外热探测、热释电、传感等领域具有广泛的应用前景。然而，目前超黑材料的种类相对稀缺，且现有材料普遍存在以下问题：

1. 光吸收能力依赖于表面脆弱而精细的微/纳阵列结构
2. 合成过程复杂，常涉及高温、真空、刻蚀、气相反应及预制模板等
3. 不同材料体系之间合成策略差异大，难以通用化

为解决这些问题，张学同团队创新性地提出了利用超低反射率氧化硅气凝胶悬浮吸光纳米粒子的设计思路。

研究团队首先设计制备了兼具超低折射率与高透明度的氧化硅气凝胶固体烟。通过优化前驱体浓度和溶剂选择，制备出初级基元直径为2.5 nm、二级基元尺寸为7~8 nm的超低折射-高透明氧化硅气凝胶。这种气凝胶具有以下关键特性：

• 高比表面积：1058 m²/g
• 高透明度：>98%
• 低折射率：1.03（接近空气的1.003）
• 菲涅尔界面反射率：仅0.02%

随后，团队将不同类型的吸光纳米粒子分散在氧化硅气凝胶前驱体溶液中，通过溶胶-凝胶转变及超临界干燥，成功制备出超黑材料。这一方法具有以下优势：

1. 通用性强：适用于半导体纳米粒子（如PtO₂、CuO、MnO₂等）和导体纳米粒子（如碳纳米管、Pt、Ni等）
2. 合成条件温和：避免了高温、真空等苛刻条件
3. 可控性强：通过调节纳米粒子种类和含量，可实现结构-功能的按需设计

基于该技术，研究团队已经制备出100种基于吸光纳米粒子/氧化硅体系的气凝胶超黑材料。这些材料不仅在光吸收性能上表现出色（最高达99.72%），还具有良好的耐高温稳定性和力学性能。更重要的是，通过组合不同类型的吸光纳米粒子，理论上可衍生出1.26×10^30种新型超黑材料。

这些新材料在多个领域展现出广阔的应用前景：

1. 精密光学：可用于消除杂散光，提高光学仪器的精度
2. 高动态显示：实现更高的对比度和色彩表现
3. 太阳能收集：提高光热转换效率
4. 红外热探测：提升探测灵敏度
5. 热释电与传感：改善信号采集质量

此外，气凝胶超黑材料还表现出“从外到里”的超黑特征，在激光辐照下可实现对激光斑点的“隐身”效果。同时，该材料在光催化、溶剂光热蒸发及亲疏水定制设计等方面也展现出优势。

这一突破性研究不仅为超黑材料的制备提供了新的技术路径，更为相关领域的创新发展开辟了新的可能性。随着进一步的研究和应用开发，这些新材料有望在不久的将来实现产业化，为科技进步注入新的动力。