美國(guó)紐約羅徹斯特大學(xué)光學(xué)研究所的郭春雷教授聯(lián)合穆罕默德·埃爾卡巴什教授，在等離激元雜交模型的指導(dǎo)下，利用飛秒激光加工技術(shù)控制表面納米結(jié)構(gòu)的形態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜吸收的更多控制，并首次證明了可以將飛秒激光誘導(dǎo)的金屬表面用于高溫選擇性太陽(yáng)能吸收器(SSA)。

飛秒激光直接加工技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)高效，無(wú)掩模且可擴(kuò)展的制造技術(shù)，已廣泛用于有效修改材料的光、電、機(jī)械和摩擦學(xué)特性。飛秒激光脈沖加工產(chǎn)生的隨機(jī)結(jié)構(gòu)可以表現(xiàn)出材料功能化的理想特性，例如：完美的光吸收、超疏水性和超親水性等，在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境和能源領(lǐng)域有許多潛在應(yīng)用。但是，由于產(chǎn)生的表面結(jié)構(gòu)的大小、幾何形狀和密度的具有隨機(jī)性，難以精確控制表面結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，最終在實(shí)際設(shè)備中運(yùn)用經(jīng)飛秒激光誘導(dǎo)的表面仍然具有很大的挑戰(zhàn)性。

為了提供對(duì)飛秒激光誘導(dǎo)的表面結(jié)構(gòu)的更多控制，過(guò)去的研究主要集中在增強(qiáng)周期性微結(jié)構(gòu)的均勻性上。已有的研究表明，一維飛秒激光誘導(dǎo)的周期性表面結(jié)構(gòu)(fs-LIPSSs)，具有可在多種材料上實(shí)現(xiàn)的亞波長(zhǎng)周期性。雖然這些研究表明飛秒激光加工具有產(chǎn)生更規(guī)則的表面特征的能力，但沒(méi)有證明具有精確設(shè)計(jì)表面特性的能力。

郭春雷課題組通過(guò)等離振子共振尺寸效應(yīng)和等離激元雜交模型來(lái)控制表面納米結(jié)構(gòu)的形貌，進(jìn)一步控制經(jīng)飛秒激光誘導(dǎo)的金屬表面的光學(xué)性質(zhì)。研究人員利用飛秒激光脈沖蝕刻具有納米級(jí)結(jié)構(gòu)的金屬表面，通過(guò)修改飛秒激光加工參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)隨機(jī)分布的納米結(jié)構(gòu)的尺寸和密度，從而改變經(jīng)飛秒激光誘導(dǎo)的表面結(jié)構(gòu)的光吸收能力。使該表面選擇性地僅吸收太陽(yáng)光波長(zhǎng)的光，而不吸收其他波長(zhǎng)的光。該表面不僅增強(qiáng)了從陽(yáng)光中吸收能量的能力，而且還減少了其他波長(zhǎng)的熱耗散，實(shí)際上是“首次制造出完美的金屬太陽(yáng)能吸收器”。

為了拓展這種通過(guò)飛秒激光誘導(dǎo)來(lái)控制金屬表面的光吸收能力的應(yīng)用，研究人員還通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該技術(shù)在鋁、銅、鋼和鎢等金屬上的光吸收能力調(diào)控，提出了選擇性太陽(yáng)能吸收器(SSA)和寬帶吸收器(BBA)，并首次證明了可將飛秒激光誘導(dǎo)的表面用作高溫選擇性太陽(yáng)能吸收器，基于鎢的選擇性太陽(yáng)能吸收器(W-SSA)具有最高的太陽(yáng)能吸收效率，表現(xiàn)出作為高溫太陽(yáng)能接收器的出色性能。