Исследователи обнаружили, что древняя техника нагрева металла для создания ярких цветов создает наноструктурированную поверхность, которая действует как идеальный поглотитель света. Совершенные поглотители света — материалы, которые поглощают более 99% определенного цвета — могут использоваться для датчиков, солнечных батарей, технологий защиты от подделок и стелс.

В журнале « Оптические материалы Экспресс» исследователи из Университета Case Western Reserve в Огайо сообщают о том, как создаются цвета на нагретых металлических поверхностях, и применяют эти результаты для создания тонкой никелевой пленки, которая отлично поглощает красный свет .

«Мы обнаружили, что технология металлургии, насчитывающая 3000 лет, на самом деле является одним из простейших примеров метасоверхности — искусственных поверхностей с субволновыми элементами, которые придают уникальные электромагнитные свойства», — сказал Джузеппе Странджи, член исследовательской группы Case Western Reserve University. «Создание изменений цвета путем нанесения одного металлического слоя открывает новые эстетические возможности в металлообработке, а также в таких приложениях, как экранирование устройств от электромагнитных сигналов, которые вызывают шум и помехи».

В отличие от переливающихся цветов пузырьков воды и крыльев бабочки, которые меняются в зависимости от угла обзора, тонкие оксидные пленки, образующиеся при нагревании металла, сохраняют свои цвета под всеми углами. Это может сделать цвет, индуцированный теплом, полезным для изготовления голограмм для защиты валюты и металлических изделий от подделок.

Простой подход

Ученые ранее продемонстрировали идеальное поглощение света, используя ультратонкие поглощающие материалы на металлах или с высокотехнологичными наноструктурами. Однако эти материалы требуют, по меньшей мере, двух осаждения материалов с использованием методов изготовления нанолитографии, которые являются дорогостоящими, трудоемкими и трудными для воспроизведения.

«Мы показали, что идеальное поглощение света может быть реализовано с использованием простой тонкой пленки с правильной комбинацией оксидной и металлической подложки», — сказал Странджи. «Эта комбинация естественным образом встречается с некоторыми металлами, такими как никель и титан, которые мы использовали в этом исследовании».

Чтобы продемонстрировать свою технику, исследователи нанесли на кремний 150 нанометров никеля или титана, а затем нагрели пленки в течение 20-40 минут при 400 ° С, чтобы сформировать оксидный слой. Анализ абсорбционных свойств образцов показал, что никелевые пленки, прокаленные в течение 40 минут, поглощали примерно 99,94% красного света. Исследователи также продемонстрировали, что поглощение света может быть настроено на видимые и ближние инфракрасные волны путем изменения продолжительности нагрева, которая изменяет толщину оксидного слоя.

Как это устроено

Идеальное поглощение света происходит в нагретом металле, потому что световые лучи, выходящие из оксидного слоя и металлической подложки, собираются вместе таким образом, что они компенсируют друг друга — явление, известное как полное деструктивное вмешательство. Любой оставшийся свет поглощается внутри металлической подложки.

«Этот метод создания идеального поглощения очень практичен благодаря своей простоте и воспроизводимости», — сказал Странджи. «Оксидный слой делает поверхность устойчивой к царапинам и защищает ее от дальнейшего окисления».

Исследователи планируют провести дополнительные эксперименты, чтобы определить, могут ли рисунки с высоким разрешением образовываться растущими слоями оксида металла . Они также работают над разработкой газовых датчиков с использованием идеальных поглотителей света.