超黑材料（光吸收率>98%）具有獨特的光學性能，使其在精密光學、高動態(tài)顯示、太陽能收集、紅外熱探測、熱釋電、傳感等重要領域具有廣泛應用。然而，超黑材料種類稀缺，光吸收能力依賴于表面脆弱而精細的微/納陣列結構，且現(xiàn)有超黑材料的合成常涉及高溫、真空、刻蝕、氣相反應及預制模板等，不同材料體系之間合成策略迥異，極大限制了超黑材料的發(fā)展。依據(jù)菲涅爾反射定律，界面反射由兩種介質折射率差決定，折射率則與材料密度成正相關。另一方面，材料內部單元粒子尺寸影響光的背散射效應，進而影響材料界面反射。當光在空氣中與單個吸光納米粒子相遇時，光在納米粒子表面發(fā)生吸收、背散射及前向散射。操縱納米粒子組裝為疏松多孔結構材料，如疏松的納米陣列，賦予其足夠的光傳輸通道及足夠的光學厚度，誘導光進入材料內部以減少材料表面反射，可形成超黑材料。然而，納米陣列合成繁瑣，且材料種類受限。因此，我們提出問題，能否將吸光納米粒子直接懸浮在空氣或近似空氣介質中，實現(xiàn)超黑材料的設計與合成？
鑒于上述問題，中國科學院蘇州納米所張學同團隊提出利用超低反射率氧化硅氣凝膠懸浮吸光納米粒子這一設計思路，發(fā)展出了超黑材料的通用合成方法，制備得到一系列具有不同材料組分及功能特征的氣凝膠超黑材料。具體而言：首先，設計制備兼具超低折射率與高透明度的氧化硅氣凝膠固體煙，以四甲氧基硅烷作為前驅體，極性二甲基亞砜作為溶劑，通過調控催化劑濃度優(yōu)化氧化硅凝膠成核與生長過程，制備得到初級基元直徑為2.5 nm、二級基元尺寸為7～8 nm的超低折射-高透明氧化硅氣凝膠；隨后，將吸光納米粒子分散在上述凝膠前驅體溶液中，經溶膠-凝膠轉變及超臨界干燥，獲得超黑材料。此合成方法中，四甲氧基硅烷具有高活性，可實現(xiàn)快速凝膠以減少納米粒子沉降；二甲基亞砜具有高的粘滯系數(shù)，可減緩納米粒子沉降速率；該溶膠-凝膠體系可避免酸催化劑引入，擴寬對光吸收納米粒子的選擇性。
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