热辐射调控在热伏发电、热管理、红外防伪等领域具有广泛的应用。根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，物体的热辐射与其温度（四次方）和表面的发射率成正比。在不改变温度的情况下，热辐射只能通过调节材料表面的发射率来实现。
金属涂层具有高红外光反射率，通常用于实现近零红外发射率（即高红外反射率）。然而，传统金属因其固态刚性难以与表面复杂和变化的物体的物体共形。近日，北卡罗来纳州立大学Jan Genzer和Michael D. Dickey教授团队提出一种激光处理镓铟共金（EGaIn）液态金属纳米颗粒薄膜，实现红外发射率调节的方法。当用CO2激光照射薄膜时，产生的光热能量会破坏EGaIn纳米颗粒的天然氧化层，使粒子发生烧结，形成导电网络。激光烧结过程降低了EGaIn薄膜的红外发射率，通过改变激光能量密度从1.4 到1.9 J/cm2，可以在7.5-13 μm波长范围内精确将发射率从0.4降低到0.24。研究人员通过实验和光学仿真模拟，证明了激光诱导的红外发射率降低并不是因为表面粗糙度和氧化层的变化，而是EGaIn纳米颗粒在红外范围内的表面等离子体共振效应的消失。最后研究人员展示了该红外发射可调的液态金属纳米颗粒薄膜在光学信息传递和加密领域的应用。相关研究成果以Tunable Infrared Emissivity Using Laser-Sintered Liquid Metal Nanoparticle Films为题发表在Advanced Functional Materials上。
图1：激光照射控制红外辐射。a,b) EGaIn粒子在激光烧结前（a）和后（b）的示意图（左）、截面形貌（中）和顶视图形貌（右），显示了粒子如何烧结形成导电网络，同时顶视图表面形貌没有变化。c)激光烧结的EGaIn薄膜方形图案的光学图像（左）和红外热图像（右）。激光烧结区域与未烧结区域相似，但根据红外图像，其发射率显著降低。样品放置在100℃的热板上进行红外成像。
图2：可调红外发射率。a)液态金属(EGaIn)粒子薄膜在不同激光能量密度照射后，放置在100℃热板上的测量温度。b)不同激光能量密度下的电阻和表面粗糙度(Sa和Sq)。红外发射率由激光烧结EGaIn粒子的实际温度和表观温度差异获得。数据点从黄色到紫色的渐变颜色显示不同的红外发射率。c) EGaIn粒子层在激光烧结前后的拉曼光谱。d) EGaIn粒子在3-15 μm波长范围内激光烧结前后总反射率的实验结果和数值模拟。
图3：信息加密。a)使用不同激光功率对字母“E”、“F”和“I”进行激光图案加密的示意图。字母“E”的光学图像（上）以及这些字母如何在红外热图像（下）中显示。b)激光图案化EGaIn粒子的光学图像（上）和红外图像（下），只有在红外图像中才能看到加密的“NCSU”。c)不同激光能量密度下EGaIn粒子的灰度强度（亮度）和红外发射率。
https://doi.org/10.1002/adfm.202422453
