1 成果简介

材料表面的光学抗反射与吸收性能，在太阳能高效吸收和利用、光电子产品、辐射传热 设备、生物光学器件、红外传感和成像、军事隐身、以及机载/星载设备等诸多领域均具有 广阔的应用前景。

近 10 年来，清华大学材料学院激光材料加工研究中心，在国家自然科学基金重大国际

合作项目、面上项目、国家科技部 973 项目、北京市教委科技计划项目以及清华大学自主研 究项目等项目支持下，运用新一代高功率高频率超快激光系统，综合几何“陷光”、等离激元 共振、以及梯度折射率等独特光学响应机制，制备出独特的微纳米结构，实现材料表面超宽 光谱高效吸收性能，达到国际前沿水平。

本中心基于对高功率高频率超快激光与材料相互作用机理的系统深入研究，提出并发展 了材料表面微纳米结构的超快激光直写制备、复合制备等核心技术，成功实现了多种金属材 料表面多种拓扑形式和几何尺度的表面微纳米特征结构的可控制备，实现超宽谱带优异抗反 射性能，取得了一系列创新性成果，发表了多篇高水平的学术论文，授权、申请多项发明专 利。

本技术成果具有如下特点：

l 广泛的材料适用性，可使铜、铝、钛、钢等多种金属材料表面的反射率大幅降低， 如在紫外-近红外（200 nm~2500 μm）范围内，其半球反射率分别降至 5%、10%、5%、5% 以下，如图 1 所示；

l 超宽的波谱有效性，在紫外-远红外（200 nm~300 μm）的入射波长范围内，都可实 现显著的抗反射性能，如所制备的铜表面微纳米结构在 UV-VIS、UV-NIR、UV-MIR、UV-FIR 波谱区的平均半球反射率可分别降至 1.7%、4.1%、5.4%、8.2%，如图 2 所示；

l 超宽的角谱有效性，在 0~60º 的入射角范围内，都可实现显著的抗反射性能，如所 制备的铜表面微纳米结构在 200~800 nm 波谱范围内的镜面反射率始终低于 0.1%，如图 3 所 示；

l 超高的吸收率/超低的反射率/超强的光热转化效率，超快激光直接制备的金属表面 微纳米结构在紫外-近红外范围内可实现 0.29%的极低半球反射率，超快激光复合制备的“宏

-微-纳-纳米线”金属-氧化物多级结构在中红外范围内可实现 0.6%的极低半球反射率，在太 阳光辐照下金属表面超宽光谱高效吸收微纳米结构可实现 60%以上的整体光热转化效率， 如图 4 所示；

l     超强的耐久性和良好的稳定性，所制备的金属表面超宽光谱高效吸收微纳米结构样 品交由国家标准检测机构，即国家太阳能热水器质量监督检验中心（北京），进行了光学吸 收及抗老化性能测试，在热老化（250℃保温 200h）、氙灯老化（氙灯辐照 24h）、以及盐雾 老化（NaCl  溶液喷淋 24h）三种测试条件下，所制备的微纳米结构均保持稳定，没有出现

性能的减弱和衰退。 上述性能指标均达到国际领先水平，并可满足多种材料和实际工况条件下的应用需求。

查新表明，国内外目前尚未发现有采用相似方法或达到相似性能的技术方案。同时，由于本 研究中心采用了新一代高功率高频率工业级超快激光系统作为加工工具，因此上述超宽光谱 高效吸收表面的制备技术还具备以下几方面的工艺优势：

l 可柔性、非接触加工，从而可对任意外形的金属表面进行抗反射处理；

l 可设计、图案化加工，从而可对金属表面的任意图案化区域进行特定抗反射处理；

l 可大面积、连续、稳定、高重复性加工，从而可进行连续 24 小时的规模化处理；

l 无须添加任何试剂，无须任何化学反应，环境友好。

2 应用说明

研究中心已为中国兵器工业集团昆明物理研究所、中国航天科技集团五院 502 所、 中国电子科技集团 11 所，全球最大的电影摄影器材专业制造厂商德国 ARRI 公司、全球最 大的半导体光刻机制造厂商荷兰 ASML 公司等制备样品，经多个国内外权威第三方机构检 测，均验证优异抗反性能，且性能指标稳定可靠。

3 效益分析

本技术成果在国内外尚无同类产品，在太阳能利用器件、光电子设备、红外传感和成像 仪器、隐身功能表面等诸多领域有着广泛的需求，具有很大的市场应用和推广空间。

4 合作方式

转让或者联合推广

5 所属行业领域

先进制造领域。

图1 超快激光制备的黑色金属及其在紫外-可见-近红外波段的反射光谱

（a） “黑”铜 （b） “黑”铝 （c） “黑”钛 （d） “黑”钢

图 2 原始铜和“黑”铜表面在长波范围的反射光谱对比

(a)  中红外波段反射光谱 （b） 远红外波段反射光谱 （c） 不同波段平均反射率

图 3 “黑”铜表面与蓝膜涂层表面在不同入射角度下的镜面反射光谱对比

图 4 “黑”铜表面的吸光及光热转化性能