▌R1 在黑金屬吸收體光譜研究中的應(yīng)用 對(duì)一種可增強(qiáng)光熱利用的基于銀納米片聚合物的黑金屬吸收體的角分辨光譜表征
角分辨光譜 表面等離子體 黑金屬吸收體 銀納米片 光熱利用 全角度抗反射
【概述】可率光熱轉(zhuǎn)換的等離子吸收體是當(dāng)下太陽(yáng)能光熱利用與抗反射等諸多工業(yè)應(yīng)用的研究熱點(diǎn)。近期，東南大學(xué)張彤與張曉陽(yáng)教授課題組在 JMCC 雜志發(fā)表了一篇題為《Silver Nanoplate Aggregations based Multifunctional Black Metal Absorber for Localization, Photothermic Harnessing Enhancement and Omnidirectional Light Antireflection》的文章。
圖1，化學(xué)合成和電泳沉積方法制備的基于銀納米片的等離子吸收體
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文章報(bào)道了一種化學(xué)合成和電泳沉積的方法，此方法可地在復(fù)雜形貌表面制備由銀納米片（SNPAs）構(gòu)成的等離子吸收體。得益于*的光學(xué)性質(zhì)，這種材料在太陽(yáng)能光熱利用、全角度抗反射、海水淡化、 SERS 襯底、殺菌與催化、隱身與偽裝等場(chǎng)景得到應(yīng)用。同時(shí)，不同于當(dāng)下流行的形態(tài)工程（Morphological Engineering），該制備方法簡(jiǎn)單、、不依賴模板，從而具有實(shí)際的產(chǎn)業(yè)化前途。
【樣品 & 測(cè)試】作者采用化學(xué)合成、電泳沉積的方法制備 黑金屬吸收體（BMAs）。如圖1，首先利用 AgNO3、檸檬酸三納、H2O2 和 NaBH4 合成銀納米片種子。再混入肼水合物和 AgNO3 水溶液，獲得銀納米片溶液。離心提取銀納米片并溶入酒精，獲得 SNPAs 酒精溶液。zui后，將陰極的 ITO 玻璃和陽(yáng)極的導(dǎo)電基底浸入所制備的溶液，電泳后在陽(yáng)極表面形成一層均勻的銀納米片聚合物。
圖2，銀納米片聚合物光學(xué)、光熱和親疏水特性的對(duì)比
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需要注意的是，為增強(qiáng)表面等離子體的抗反射效果，還需要在 SNPAs 表面旋涂紫外固化膠，曝光并固化。上述制備方法實(shí)際上是由傳統(tǒng)的銀納米片單分散制備方法改進(jìn)而來(lái)，只是化學(xué)成分的濃度增加了上百倍。有趣的是，在高濃度和低濃度環(huán)境下金屬晶體生長(zhǎng)的形貌*不同。相比于傳統(tǒng)的單分散銀納米片，這種新型的各向異性等離子體納米結(jié)構(gòu)具有巨大的吸收截面，能捕獲絕大部分照射于其表面的光能。同時(shí)，這種由 SNPAs 聚集而成的粗糙表面布滿了緊密相連而隨機(jī)分布的“hot spots”，進(jìn)一步增強(qiáng)了材料的光吸收能力。
文中的銀納米片聚合物具有諸多新奇的特點(diǎn)。圖2a 為 ITO 裸片及黑色的基于銀納米片聚合物的 BMA 樣品。在經(jīng) 457nm 低功率 LED 冷光源長(zhǎng)時(shí)間照射后，使用熱成像儀觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，BMA 樣品的溫度高于 ITO 裸片（圖2b），展示了的光熱轉(zhuǎn)換能力。相比于玻璃和電泳沉積的金納米球，BMA 樣品還具有超親水的特點(diǎn)（圖2c-d）。因此，在光照下 SNPAs 材料可更快速地蒸發(fā)表面浸潤(rùn)的水，非常適用于海水淡化應(yīng)用。
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為研究銀納米片聚合物的吸光特性和全角度抗反射（Omnidirectional Antireflection）特性，作者采用了角分辨光譜儀對(duì)樣品在不同角度下的反射率進(jìn)行了光譜表征（圖3a）。如 圖3g 所示，電泳沉積后的樣品 B 位置的角分辨反射光譜表明，在所有角度下和 400~1100nm 光譜范圍內(nèi)，黑金屬吸收體的反射率皆低于 1%。如 圖3h 所示，在紫外固化膠保護(hù)后，這種黑金屬吸收體的反射率還將進(jìn)一步降低至 0.4%。這些特點(diǎn)揭示了這種基于銀納米片聚合物的黑金屬吸收體優(yōu)異的全角度抗反射特性。
【總結(jié)】本文報(bào)道了一種基于化學(xué)合成和電泳沉積的銀納米片聚合物的制備方法，并從合成機(jī)理、光學(xué)特性、SERS 增強(qiáng)特性、光熱特性和全角度抗反射特性等諸多角度展開了系統(tǒng)化的研究。得益于這種新型黑金屬吸收體優(yōu)異的光學(xué)、光熱特性及低成本的合成方法，其在太陽(yáng)能光熱利用、全角度抗反射、海水淡化、 SERS 襯底、殺菌與催化、隱身與偽裝等領(lǐng)域都具有光明的產(chǎn)業(yè)化前景。
圖4，文章對(duì)復(fù)享光學(xué)光纖光譜儀和角分辨光譜系統(tǒng)產(chǎn)品的標(biāo)注
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由復(fù)享光學(xué)提供的黑金屬吸收體光譜表征解決方案（包括 PG2000-Pro光纖光譜儀 和 R1角分辨光譜系統(tǒng)），對(duì)銀納米片聚合物樣品的吸收截面光譜測(cè)量、全角度抗反射光譜測(cè)量都起到了至關(guān)重要的作用。▌
【參考文獻(xiàn)】
? Zhang, Xiao-Yang, et al. "Silver Nanoplate Aggregations based Multifunctional Black Metal Absorber for Localization, Photothermic Harnessing Enhancement and Omnidirectional Light Antireflection." Journal of Materials Chemistry C (2017). Link
? 東南大學(xué)顯示技術(shù)研究中心張彤教授課題組
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