激光网3月21日消息，来自上海理工大学和中国科学院的宽带超黑胶片可以提高望远镜的性能，并在太空探索和精密光学领域有其他应用。在测试中，该薄膜在400至1000 nm的波长范围内实现了高达99.4%的平均吸收率。
需要超黑涂层来抑制杂散光的光学器件通常表现出明显的曲率和复杂的形状，这对现有的薄膜制备方法提出了挑战。在太空探索应用中，有效载荷是一个关键因素，可以涂覆在轻质材料上的黑色薄膜是必不可少的。涂层还需要足够坚固，以承受太空中的恶劣环境。
“现有的黑色涂层，如垂直排列的碳纳米管或黑色硅，受到脆性的限制，”研究员Yunzhen Cao说。“许多其他涂层方法也很难在管内或其他复杂结构上涂覆涂层。
研究人员通过使用钛铝碳和二氧化硅的交替层设计了超黑薄膜。他们使用原子层沉积沉积薄膜，这是一种基于真空的制造技术，将放置在真空中的目标物体暴露在不同类型的气体中，这些气体层层粘附在物体表面。
使用ALD，研究人员制备了由氧化铝和氧化钛组成的中间层。在沉积超黑薄膜之前，夹层沉积在镁合金上。在Al2O3/TiO2夹层的存在下，合金表面的超黑膜表现出良好的附着力和耐磨性。
通过使用ALD，研究人员能够开发出为大曲率表面提供宽带吸收的保形涂层。“原子层沉积法的一大优势在于其出色的阶梯覆盖能力，这意味着我们可以在非常复杂的表面上获得均匀的薄膜覆盖，例如圆柱体、支柱和沟槽，”曹说。
研究人员将超黑涂层应用于大曲率镁合金表面。镁合金是最轻的结构金属，广泛用于航空航天应用。然而，镁的电化学活性较强，导致耐腐蚀性差。为了防止腐蚀，研究人员在涂层和合金表面之间创建了一个阻隔层。
TiAIC 和 SiO2 共同防止几乎所有光从光学器件的涂层表面反射。“TiAlC充当吸收层，SiO2用于创建抗反射结构，”Cao说。“因此，几乎所有的入射光都被困在多层薄膜中，实现了有效的光吸收。”
在实验中，超黑薄膜涂层在从400 nm的紫光到1000 nm的近红外光波长范围内的平均吸收率为99.3%。经过湿热和热循环试验后，超黑膜涂层镁合金的吸收率分别保持在99.1%和99.0%，表明该膜在恶劣的环境条件下应保持良好。研究人员在复杂结构上实现了均匀的覆盖，涂层的性能保持稳定。
“这种薄膜在恶劣环境中表现出极好的稳定性，并且足够坚韧，可以承受摩擦、高温、潮湿条件和极端温度变化，”曹说。
研究人员预计，这种涂层将用于增强在最极端条件下运行的太空望远镜和光学硬件，他们正在努力进一步开发其性能。
“现在薄膜可以吸收超过99.3%的入射可见光，我们希望进一步扩大其光吸收范围，包括紫外线和红外线区域，”曹说。
