[发明专利]一种纤维阵列超黑材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种纤维阵列超黑材料及其制备方法。本发明的所述制备方法包括如下步骤：1)对短切纤维进行分筛；2)在基体上涂覆粘合胶；3)将步骤1)分筛后的短切纤维置于高压静电装置中，所述短切纤维在高压电场作用下垂直飞向步骤2)涂覆了粘合胶的基体的表面形成纤维阵列；4)对步骤3)得到的纤维阵列进行固化和表面梳理；5)对经过步骤4)固化和表面梳理处理的纤维阵列的表面进行刻蚀，制备得到所述纤维阵列超黑材料。本发明的纤维阵列超黑材料，具有优异的光吸收特性，可见光范围吸光率超过99％，同时具有高粘接强度、低放气率和优异的耐高温和抗腐蚀特性，在航空航天、太阳能吸收、光学仪器等领域具有广阔的应用场景。

技术领域

本发明属于超黑材料技术领域，涉及一种纤维阵列超黑材料及其制备方法。

背景技术

自从一百多年前基尔霍夫阐述了黑体概念以及普朗克创立黑体辐射定律以来，超黑材料一直是科学家们不断研究的对象。超黑材料是在可见光范围内具有超高吸光率(一般超过98％)和极低反射率的表面结构材料，可以有效减少不利的反射并对离散光线进行极大限度的吸收，可应用于光学仪器结构部件、探测卫星以及太阳能转换装置中。

理想的超黑材料能够吸收照射到其表面的所有光线，即不存在反射和透射。但是，现实中的材料因为结构和组成的原因均具有特定的吸收带宽，无法实现全波长范围内的完全吸收，因此，多年来国内外研究者不断采用新原理和新方法来制备超黑结构材料。

CN101104747B公开了一种云母基超黑材料及其制备方法和应用，该发明的云母基超黑材料为粒度为20～600目云母粉为基体，表面均匀覆以镍磷镀层；其制备方法包括：云母粉前处理，敏化，活化，还原，化学镀镍磷及腐蚀。该发明所得到的超黑材料可以用作光学仪器镜筒内壁的涂层材料，提高对光的吸收，降低光的反射率，提高成像清晰度；同时还可以应用在太阳能吸收装置中，提高太阳能吸收效率；其也可作为一种超黑颜料用于纺织品印染加工。

Kodama等通过化学镀镍磷合金工艺制备了超黑表面结构，该工艺通过化学镀并表面刻蚀黑化等过程形成了多孔吸光结构，反射率在可见光范围内低于1％。这种镍磷合金黑体结构制备工艺较方便，已经在多种探测卫星上得到应用。但是，镍磷黑体结构在红外波段吸光性较差，且由于制备过程中的化学腐蚀工艺对基体要求较高，严重限制了其广泛应用。随着科技进步，科学家将纳米材料作为了新一代超黑减反材料的突破口。

Yang等通过化学气相沉积(CVD)法成功制备了垂直生长的碳纳米管阵列结构，并发现这种碳管阵列结构具有极其优异的吸光性能，吸光率可达99.8％。虽然这种超黑结构在全光谱范围内均具有优异的吸光效应，但是，碳管阵列需要较高的制备温度(450℃)无法在大部分基体上原位生长，且阵列结构的附着力差难以进行大面积转移，这些缺点严重限制了其实际应用。

为了解决上述超黑材料的制备问题并保证较高的光线吸收率的问题，研究设计一种新型超黑材料及其制备方法是十分必要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纤维阵列超黑材料及其制备方法。本发明制备的纤维阵列超黑材料具有优异的吸光性能、粘接强度和耐腐蚀性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种纤维阵列超黑材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

1)对短切纤维进行分筛；

2)在基体上涂覆粘合胶；

3)将步骤1)分筛后的短切纤维置于高压静电装置中，所述短切纤维在高压电场作用下垂直飞向步骤2)涂覆了粘合胶的基体的表面形成纤维阵列；

4)对步骤3)得到的纤维阵列进行固化和表面梳理；

5)对经过步骤4)固化和表面梳理处理的纤维阵列的表面进行刻蚀，制备得到所述纤维阵列超黑材料。