本發(fā)明涉及一種碳納米纖維薄膜材料及其制備方法，特別涉及生長于金屬基體上的碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料及其制備方法。

背景技術(shù)：
近年來，面對(duì)快速增長的能源需求，人們迫切需要尋找環(huán)境友好型可再生新能源。太陽能因清潔、可再生而成為理想選擇，但是太陽光能量密度低的特點(diǎn)卻限制了其廣泛應(yīng)用。因此，要使太陽能大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)和日常生活，必須先將其轉(zhuǎn)換成為熱能或電能的形式。這其中，光熱轉(zhuǎn)換因?yàn)楦咝Я畠r(jià)而成為一條重要途徑。對(duì)于光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)及其材料而言，為了在最大限度收集太陽光的同時(shí)盡可能減少熱損失，就需要在太陽光波段盡量多地吸收而在紅外波段盡量少地輻射。需注意到太陽光波長限制在0.25＜λ＜3μm范圍內(nèi)，而熱輻射則在2＜λ＜100μm范圍內(nèi)呈鐘形分布(對(duì)應(yīng)于室溫到幾百攝氏度溫度區(qū)間)，也就是說太陽光和熱輻射光譜幾乎沒有重疊。這一特性使得光譜選擇性吸收成為可能。光譜選擇性吸收材料正是基于這一原理而工作的，它對(duì)太陽光具有高吸收率，而在紅外波段則具有低輻射率，從而實(shí)現(xiàn)了高效光熱轉(zhuǎn)換。光譜選擇性吸收材料體通常由兩部分組成，即金屬基體和覆蓋于其上的功能涂層。功能涂層一直以來都使用電化學(xué)方法制備，如文獻(xiàn)Granqvist，CG；Wittwer，V.Materialsforsolarenergyconversion：Anoverview.SolarEnergyMaterialsandSolarCells，v54(1998)，39-48頁對(duì)此有所描述。但近年來各種真空技術(shù)則在該領(lǐng)域扮演起越來越重要的角色，如以下文獻(xiàn)對(duì)此有所描述：NunesC，TeixeiraV，PratesML等人，Gradedselectivecoatingsbasedonchromiumandtitaniumoxynitride.ThinSolidFilms，v442(2003)，173-178頁；JuangRC，YehYC，ChangBH等人，Preparationofsolarselectiveabsorbingcoatingsbymagnetronsputteringfromasinglestainlesssteeltarget.ThinSolidFilms.v518(2010)，5501-5504頁；NunesC，TeixeiraV，Collares-PereiraM等人，DepositionofPVDsolarabsorbercoatingsforhigh-efficiencythermalcollectors.Vacuum，v67(2002)，623-627頁；ZhangQC，ShenYG，HighperformanceW-AlNcermetsolarcoatingsdesignedbymodellingcalculationsanddepositedbyDCmagnetronsputtering.SolarEnergyMaterialsandSolarCells，v81(2004)，25-37頁。功能涂層的結(jié)構(gòu)可以近似為吸收體-反射體序列，即紅外反射層覆蓋金屬基體，隨后選擇性吸收層覆蓋于紅外反射層之上，選擇性吸收層對(duì)于太陽光具有高吸收率，而在紅外波段則是透明的，從而材料的整體紅外輻射受到抑制，可參見HarishC.Barshilia，N.Selvakumar等人，ThermalstabilityofTiAlN/TiAlON/Si3N4tandemabsorberspreparedbyreactivedirectcurrentmagnetronsputtering.JournalofVacuumScience&TechnologyA，v25(2007)，383-390頁。總體而言，應(yīng)用物理氣相沉積技術(shù)(PVD)，在銅基體上制備多層膜而獲得的太陽能選擇性吸收材料，代表著該領(lǐng)域當(dāng)前的最高水平，可獲得高達(dá)96％的吸收率和低于10％的發(fā)射率。PVD多層膜吸收體具有良好的光學(xué)性能，但是其缺點(diǎn)也不容忽視，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)PVD多層膜的熱穩(wěn)定性不夠理想。PVD多層膜的光學(xué)性能與其微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，而一些應(yīng)用場合要求太陽光吸收體能夠在500℃下穩(wěn)定服役15～20年。高溫下基體材料會(huì)擴(kuò)散至吸收層，使得薄膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，最終導(dǎo)致光學(xué)性能惡化。盡管這一問題可以通過在基體和功能涂層之間插入擴(kuò)散屏障層而加以解決，但這樣會(huì)使制造工藝上更加復(fù)雜從而引起成本提高；2)形狀靈活性差。積聚在光吸收體上的熱量必須被帶走加以利用，通常使用水或氣體作為作載熱介質(zhì)。為提高熱交換效率，需要使載熱介質(zhì)與光吸收體之間具有盡可能大的接觸面積以。在金屬基體上制作出溝槽結(jié)構(gòu)能夠顯著增大接觸面積，然而使用PVD技術(shù)卻難以在這樣的不平坦的基體上制備涂層。3)高成本。制備PVD多層膜必須使用復(fù)雜的專用設(shè)備，在嚴(yán)格控制的操作條件下進(jìn)行。高真空(～10-4Pa)，高純度靶材(～99.99％)，精確的氣流量以及膜厚控制都是必不可少的條件。金屬基體的預(yù)處理也是非常嚴(yán)格的，必須拋光至非常光潔并且清洗得非常干凈。這些復(fù)雜的工藝以及隨之而來的高成本給該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用造成了障礙。除PVD多層膜吸收體外，人們亦開發(fā)了基于碳納米管陣列的光吸收材料，此類材料具有極高的光吸收率(99％以上)，但制備方法復(fù)雜，通常只有使用精心制備的催化劑才能獲得碳納米管陣列薄膜，而且所得碳納米管光吸收體并未直接生長于金屬基體上，目前只局限在實(shí)驗(yàn)室研究，不適于工業(yè)應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用銅及銅合金，或者過渡金屬及其合金(例如鐵、鈷、鎳，以及含有鐵、鈷、鎳元素的合金)作為金屬基體，通過將基體表面粗糙度控制在適當(dāng)值，在不使用其他催化劑的情況下，通過化學(xué)氣相沉積，即可在其上生長碳基物質(zhì)納米纖維，碳化后即獲得碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料，從而完成本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料的制備方法，該方法包括以下步驟：步驟1：提供金屬基體，并對(duì)該金屬基體表面進(jìn)行預(yù)處理，使得金屬基體表面粗糙度Rz值為5nm以上；步驟2：將預(yù)處理過的金屬基體放入熱化學(xué)氣象沉積設(shè)備的反應(yīng)腔體中，在0-5000mBar的氣壓下，在180-850℃的溫度下，充入反應(yīng)性氣體進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，在金屬基體表面生長碳基物質(zhì)納米纖維薄膜；步驟3：在500-1500℃的高溫下，將所生成的碳基物質(zhì)納米纖維薄膜在真空下或保護(hù)性氣氛(例如氮?dú)?、惰性氣體等)下碳化，得到碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料；其中，在步驟1中，金屬可選自：銅(Cu)及銅合金，各種過渡金屬及其合金，例如鐵(Fe)、鈷(Co)、或鎳(Ni)，以及含有鐵(Fe)、鈷(Co)、或鎳(Ni)元素的合金。在本文中，所用術(shù)語“粗糙度”是指Rz值，其通過采用原子力顯微鏡(AFM)作為測試設(shè)備，在非接觸模式下測得(適用于粗糙度小于1μm時(shí)的測試)，或者通過采用3D激光顯微鏡測得(適用于粗糙度大于1μm時(shí)的測試)。換言之，對(duì)于小于1μm的粗糙度Rz值，通過原子力顯微鏡(AFM)測得，對(duì)于大于1μm的粗糙度Rz值，通過3D激光顯微鏡測得。在本文中，所用術(shù)語“保護(hù)性氣氛”或“保護(hù)性氣體”是指非氧化性氣體，其可以防止氧化反應(yīng)而免于材料損耗或消失。作為可用的保護(hù)性氣體，具體可提及惰性氣體(諸如氬氣、氦氣等)、氮?dú)獾取１景l(fā)明的另一目的在于提供一種碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料，該材料通過上述方法制得。根據(jù)本發(fā)明，在不使用其他催化劑的情況下，可以在大面積的粗糙金屬基體上直接獲得碳納米纖維薄膜，形成光熱轉(zhuǎn)換材料，所述碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料的微觀形貌可以通過控制金屬基體表面粗糙度而控制為直線纖維型或螺旋纖維型，在粗糙度較低時(shí)，如Rz值在5nm-50nm時(shí)，得到螺旋型碳納米纖維，在粗糙度較高時(shí)，如Rz值大于50nm，得到直線型碳納米纖維，適于工業(yè)應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的直線型碳納米纖維薄膜和螺旋型碳納米纖維薄膜都具有光熱轉(zhuǎn)換功能，而且螺旋型碳納米纖維還具有電磁波吸收功能。本發(fā)明所制備的碳納米纖維薄膜作為光熱轉(zhuǎn)換材料具有如下優(yōu)點(diǎn)：1)光吸收率高，根據(jù)本發(fā)明制備的碳納米纖維薄膜具有高達(dá)99.5％的光吸收率。2)熱穩(wěn)定性高，根據(jù)本發(fā)明制備的碳納米纖維薄膜在高溫下非常穩(wěn)定，使用中不會(huì)發(fā)生性能改變。3)形狀靈活性大，本發(fā)明使用熱化學(xué)氣象沉積(ThermalCVD)技術(shù)，使碳納米纖維薄膜直接生長在金屬基體上，薄膜的最終形狀與金屬基體相同。因?yàn)榻饘倩w可以很方便的通過加工形變成為所需的形狀，所以光吸收體具有很高的形狀靈活性，可以制成各種形狀而不會(huì)帶來額外的成本。此外由于吸收體具有上述形狀靈活性以及在紅外波段的高吸收率，熱損失也可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而得到抑制，例如在光吸收體上制作溝槽結(jié)構(gòu)。從理論上講，如果溝槽足夠深，紅外輻射造成的損失將被近乎完全抑制。4)熱交換效率高，因?yàn)樘技{米纖維具有極高的比表面積，當(dāng)使用氣體作為導(dǎo)熱介質(zhì)來帶走積聚在光吸收體上的熱量時(shí)，將具有很高的熱交換效率。5)成本低，光吸收體由直接生長在金屬基體上的碳納米纖維薄膜組成，制備方法為熱化學(xué)氣相沉積。原料為常用工業(yè)氣體乙炔或甲烷。生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉。不需要高真空生產(chǎn)環(huán)境或高純材料。6)環(huán)境友好，本發(fā)明所用原材料及最終產(chǎn)品均環(huán)境友好。成產(chǎn)過程亦不產(chǎn)生環(huán)境污染。附圖說明圖1：本發(fā)明所用熱化學(xué)氣相沉積設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1-金屬基體；2-加熱爐；3-氧化鋁管；4-熱電偶；5-乙炔氣；圖2：實(shí)施例1中的太陽光吸收體樣品：(a)預(yù)處理后的銅基體光學(xué)照片，(b)預(yù)處理后的銅基體SEM照片，(c)碳基物質(zhì)納米纖維薄膜覆蓋樣品光學(xué)照片，(d)碳基物質(zhì)納米纖維薄膜覆蓋樣品SEM照片，(e)碳納米纖維薄膜覆蓋樣品光學(xué)照片，和(f)碳納米纖維薄膜覆蓋樣品SEM照片；圖3：不同種類光吸收體的總反射率，其中1表示無光黑漆薄膜，2表示PVD多層膜，3表示實(shí)施例1獲得的碳納米纖維薄膜；圖4：實(shí)施例1制得的碳納米纖維薄膜樣品的總反射率和漫反射率曲線；圖5：在800℃下經(jīng)不同時(shí)間碳化后樣品的總反射率曲線，其中，1表示實(shí)施例1，2表示實(shí)施例2，3表示實(shí)施例3，4表示實(shí)施例4，5表示實(shí)施例5；圖6：實(shí)施例6中一種用于減少熱輻射損失的封閉結(jié)構(gòu)示意圖，在這一結(jié)構(gòu)中，多數(shù)的紅外輻射會(huì)被對(duì)面的碳納米纖維薄膜再次吸收；其中，1-金屬基體；61-碳納米薄膜；62-太陽光；圖7：實(shí)施例8中的碳納米螺旋纖維薄膜覆蓋樣品：(a)預(yù)處理后的銅基體SEM照片，(b)碳納米螺旋纖維薄膜覆蓋樣品SEM照片。具體實(shí)施方式以下通過具體實(shí)施方式進(jìn)一步解釋或說明本發(fā)明內(nèi)容，但實(shí)施例不應(yīng)被理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。在本文中，所用術(shù)語“(金屬基體表面)粗糙度”是指Rz值，其通過采用原子力顯微鏡(AFM)作為測試設(shè)備，在非接觸模式下測得(適用于粗糙度小于1μm時(shí)的測試)，或者通過采用3D激光顯微鏡測得(適用于粗糙度大于1μm時(shí)的測試)。作為替換，“(金屬基體表面)粗糙度”也可以是指通過掃描電鏡(SEM)觀察到的金屬表面的突起、溝槽、凹陷等形貌的尺寸。實(shí)驗(yàn)證明，通過原子力顯微鏡(AFM)和掃描電鏡(SEM)觀測得到的(金屬基體表面)粗糙度基本一致。本發(fā)明人經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)，金屬基體表面粗糙度是能否在金屬基體上通過化學(xué)氣相沉積方式生成碳納米纖維薄膜的關(guān)鍵因素，而且粗糙度大小對(duì)所得碳納米纖維的形貌有重要影響。在諸如銅及銅合金，過渡金屬及其合金(例如鐵、鈷、或鎳，以及含鐵、鈷、鎳元素的合金)等金屬基體的表面粗糙度為5nm以上時(shí)，即可通過化學(xué)沉積方式在金屬基體上直接生長碳基物質(zhì)納米纖維，經(jīng)碳化后成為碳納米纖維。特別地，當(dāng)金屬基體表面粗糙度Rz值為5nm-50nm時(shí)，優(yōu)選10nm-50nm，更優(yōu)選20nm-50nm，還更優(yōu)選30nm-50nm范圍內(nèi)時(shí)，得到螺旋型碳納米纖維；當(dāng)金屬基體表面粗糙度Rz值高于50nm，優(yōu)選在50nm-10μm范圍內(nèi)時(shí)，得到直線型碳納米纖維。如果金屬基體表面粗糙度小于5nm，則無法在在金屬基體表面直接獲得碳納米纖維。為了對(duì)金屬基體表面進(jìn)行預(yù)處理以獲得期望的金屬基體表面粗糙度，可以使用常見的金屬加工和拋光方法，如形狀加工、機(jī)械打磨、噴砂、機(jī)械拋光、電解拋光等。在根據(jù)本發(fā)明建立的碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料的制備方法中，對(duì)于金屬基體的形狀沒有特別要求，可以為板狀、片狀、棒狀等。本發(fā)明經(jīng)過大量研究，發(fā)現(xiàn)銅及銅合金，過渡金屬及其合金(例如鐵、鈷、或鎳，以及含鐵、鈷、鎳元素的合金)可以作為基體用于直接生長碳基物質(zhì)納米纖維薄膜，經(jīng)碳化后成為碳納米纖維薄膜。特別地，銅及銅合金、鐵及鐵合金、鈷及鈷合金、和鎳及鎳合金優(yōu)選作為基體使用，進(jìn)一步地，銅、鐵、鈷、或鎳更優(yōu)選作為基體使用。在根據(jù)本發(fā)明建立的碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料的制備方法中，在步驟2中，將經(jīng)過步驟1預(yù)處理的金屬基體放入熱化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)腔體中。所述熱化學(xué)氣相沉積(ThermalCVD)設(shè)備主要部分是一個(gè)可從內(nèi)部或外部加熱的腔體，真空泵和氣瓶通過氣路連接在腔體上，從而腔體內(nèi)可以抽真空或充入所需氣體。優(yōu)選地，如圖1所示，將作為腔體的氧化鋁管穿過加熱爐膛，將金屬基體置于氧化鋁管相應(yīng)于加熱爐的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化鋁管內(nèi)部的加熱。將熱電偶放于金屬基體銅板附近，用于測溫。氧化鋁管連接著真空泵和氣瓶的氣路(圖中未示出)，反應(yīng)性氣體如乙炔氣通過氣路流入。在根據(jù)本發(fā)明的碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料制備方法中，金屬種類不僅對(duì)于能否在金屬基體上直接生長碳基物質(zhì)納米纖維有所影響，而且，金屬種類對(duì)于化學(xué)沉積所需的溫度有所影響，并對(duì)所得碳基物質(zhì)納米纖維薄膜的碳化溫度有所影響。在根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)金屬基體為銅或銅合金時(shí)，在180-450℃，優(yōu)選200-300℃，還更優(yōu)選230-280℃的溫度下，進(jìn)行化學(xué)氣相沉積；在500-900℃，優(yōu)選800-900℃，更優(yōu)選800-850℃的高溫下，將所生成的碳基物質(zhì)納米纖維薄膜真空碳化，得到碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料。如果進(jìn)行化學(xué)氣相沉積的溫度低于180℃或高于450℃，則不滿足碳基物質(zhì)納米纖維薄膜生長所需的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件而無法進(jìn)行有效沉積。如果真空碳化的溫度低于500℃，則碳化會(huì)不完全，如真空碳化溫度高于900℃，則由于溫度過高導(dǎo)致金屬基體和碳納米纖維薄膜剝離。在根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)金屬基體為鐵、鈷、鎳，或含有鐵、鈷、鎳元素的合金時(shí)，在350-850℃，優(yōu)選400-700℃，還更優(yōu)選500-600℃的溫度下，進(jìn)行化學(xué)氣相沉積；在500-1500℃，優(yōu)選800-1200℃，更優(yōu)選900-1000℃的高溫下，將所生成的碳基物質(zhì)納米纖維薄膜真空碳化，得到碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料。如果進(jìn)行化學(xué)氣相沉積的溫度低于350℃或高于850℃，則不滿足碳基物質(zhì)納米纖維薄膜生長所需的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件而無法進(jìn)行有效沉積。如果真空碳化的溫度低于500℃，則碳化會(huì)不完全，如真空碳化溫度高于1500℃，則由于溫度過高導(dǎo)致金屬基體和碳納米纖維剝離。在根據(jù)本發(fā)明的碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料的制備方法中，在步驟2中，用于進(jìn)行化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)性氣體，可以采用烴類物質(zhì)，如低級(jí)烷烴、烯烴或炔烴，在此，“低級(jí)烴”一般是指碳原子數(shù)為1-4的烴，通常采用的反應(yīng)性氣體是乙炔或甲烷。在根據(jù)本發(fā)明的碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料的制備方法中，在步驟2中，在0-5000mBar的氣壓下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積。在此壓力范圍內(nèi)，隨著壓力升高，碳基物質(zhì)納米纖維薄膜的生長速度加快。考慮到工藝可行性和設(shè)備安全，優(yōu)選在500-1000mBar的氣壓下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積。在根據(jù)本發(fā)明的碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料的制備方法中，在步驟2中，在金屬基體上生長的碳基物質(zhì)納米纖維薄膜的厚度可由生長時(shí)間控制。一般而言，生長時(shí)間越長，所得碳基物質(zhì)納米纖維薄膜的厚度越大。在根據(jù)本發(fā)明的碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料的制備方法中，在步驟3中，碳化完成后將系統(tǒng)冷卻至室溫。根據(jù)本發(fā)明方法制得的碳納米纖維薄膜光熱轉(zhuǎn)換材料，幾乎在整個(gè)波長范圍內(nèi)都具有較低的反射率，例如在400～800nm的波長范圍內(nèi)，總反射率低于5％，優(yōu)選低于3％，更優(yōu)選低于1％。由于材料是非透明的，低反射率即意味著高吸收率。總反射率包括兩部分：鏡面反射率和漫反射率。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于本發(fā)明的碳納米纖維薄膜，總反射率曲線與漫反射率曲線重合，說明鏡面反射率≈0，全部反射均來自于漫反射。漫反射是由材料的本征特性所決定的，可以通過提高碳化程度而得以降低，例如延長碳化時(shí)間。鏡面反射因樣品的粗糙表面而完全消除，這一特性使得反射率與入射方向無關(guān)，更加有利于各種應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明制備的碳納米纖維薄膜材料具有廣泛的用途，可用于制備聚合物基納米纖維薄膜復(fù)合材料，例如通過以下方法制得：以上述方法制備的碳納米纖維薄膜材料為坯體，使用噴涂、浸漬或熔滲的方法，讓聚合物溶液先附著在碳納米纖維薄膜上，隨后在毛細(xì)作用下，液態(tài)的聚合物溶液滲入碳納米纖維薄膜，最終固化后成為聚合物基碳納米纖維薄膜復(fù)合材料。所用聚合物溶液可以為聚合物單體、預(yù)聚物或聚合物的溶液。上述聚合物基納米纖維薄膜復(fù)合材料制備方法中的噴涂、浸漬或熔滲工藝是已知的，可參見WangZhi，LiangZhiyong，WangBen等人，ProcessingandPropertyInvestigationofSingle-WalledCarbonNanotube(SWNT)Buckypaper/EpoxyResinMatrixNanocomposites.Composites：PartA，2004，v35(2004)，1225-1232頁；代曉青，纖維預(yù)成型體中環(huán)氧樹脂-固化劑反應(yīng)體系流動(dòng)浸漬行為研究，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)2010年博士論文。產(chǎn)品測試總反射率測試方法：制備25×25×0.5mm尺寸的碳納米纖維薄膜樣品，使用日立U3200型分光光度計(jì)(HitachiU3200Spectrophotometer)配合150mm匯聚球附件(150mmDia.IntegratingSphereAccessory)測試樣品的總反射率(匯聚球附件窗口上安裝反射體組件)。漫反射率測試方法：制備25×25×0.5mm尺寸的碳納米纖維薄膜樣品，使用日立U3200型分光光度計(jì)(HitachiU3200Spectrophotometer)配合150mm匯聚球附件(150mmDia.IntegratingSphereAccessory)測試樣品的漫反射率(匯聚球附件窗口上安裝黑體組件)。實(shí)施例1將尺寸為25×25×0.45mm的銅片，表面用800目砂紙打磨粗糙，用水清洗干凈，經(jīng)測試表面粗糙度Rz值為5.528μm。圖2.(a)示出預(yù)處理后的銅基體的光學(xué)照片，圖2.(b)示出預(yù)處理后的銅基體的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。所用銅片純度為99.9％。將上述基體放入熱化學(xué)氣象沉積設(shè)備反應(yīng)腔體。抽真空使腔體內(nèi)氣壓小于10mbar，隨后加熱使腔體溫度升高直至250℃，在500mbar的乙炔氣氛下反應(yīng)1小時(shí)，生長碳基物質(zhì)納米纖維薄膜。圖2.(c)示出碳基物質(zhì)納米纖維薄膜覆蓋樣品光學(xué)照片，圖2.(d)示出碳基物質(zhì)納米纖維薄膜覆蓋樣品SEM照片。將所獲得的由碳基物質(zhì)納米纖維薄膜覆蓋的金屬基體在800℃下真空碳化10小時(shí)，形成碳納米纖維薄膜，碳化完成后將系統(tǒng)冷卻至室溫。圖2.(e)示出最終樣品即碳納米纖維薄膜覆蓋樣品光學(xué)照片，圖2.(f)示出最終樣品即碳納米纖維薄膜覆蓋樣品SEM照片。對(duì)所獲得樣品的總反射率進(jìn)行了測試，并且與無光黑漆薄膜以及PVD多層膜吸收體進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如圖3所示，在400nm處，從上到下依次為：PVD多層膜、無光黑漆薄膜和碳納米纖維薄膜，結(jié)果顯示碳納米纖維薄膜吸收體幾乎在整個(gè)波長范圍內(nèi)都具有較低的反射率。由于材料是非透明的，低反射率即意味著高吸收率。還對(duì)樣品的漫反射率進(jìn)行了測試，并與總反射率曲線相比較，結(jié)果如圖4所示，結(jié)果顯示，碳納米薄膜纖維的總反射曲線與漫反射曲線重合，說明鏡面反射≈0，全部反射均來自于漫反射。實(shí)施例2-5如實(shí)施例1進(jìn)行制備，區(qū)別在于由碳基物質(zhì)納米纖維薄膜覆蓋的金屬基體在800℃下真空碳化的時(shí)間不同，分別是0.5、1、6和8小時(shí)，并對(duì)最終獲得的碳納米纖維薄膜的總反射率進(jìn)行測試，結(jié)果如圖5所示，結(jié)果顯示隨著碳化時(shí)間的延長，碳納米纖維薄膜的總反射率降低，低反射率即意味著高吸收率。實(shí)施例6將尺寸為200×25×0.45mm的銅片均勻折成10折，表面用1000目砂紙打磨粗糙，測得其表面粗糙度Rz值為4.705μm，用水清洗干凈。所用銅片純度為99.9％。將上述基體放入熱化學(xué)氣象沉積設(shè)備反應(yīng)腔體。抽真空使腔體內(nèi)氣壓小于10mbar，隨后加熱使腔體溫度升高直至300℃，向腔體內(nèi)通入反應(yīng)性氣體甲烷，在850mbar的甲烷氣氛下反應(yīng)2小時(shí)，生長碳基物質(zhì)納米纖維薄膜。反應(yīng)完成后停止向腔體內(nèi)注入反應(yīng)性氣體并抽走腔體內(nèi)的殘余氣體。將所獲得的由碳基物質(zhì)納米纖維薄膜覆蓋的金屬基體在900℃下真空碳化12小時(shí)，形成碳納米纖維薄膜，碳化完成后將系統(tǒng)冷卻至室溫。最終獲得由碳納米纖維薄膜覆蓋金屬基體而形成的光吸收體，如圖6所示。該光吸收體具有形狀靈活性，并且由于該吸收體在可見光及紅外波段均具有高吸收率，從而多數(shù)的紅外輻射會(huì)被對(duì)面的碳納米纖維薄膜再次吸收，即就是說通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效抑制了熱損失。在溝槽足夠深的情況下，紅外輻射造成的損失將被近乎完全抑制。實(shí)施例7將尺寸為25×25×0.45mm的鐵片，表面用800目砂紙打磨粗糙，用水清洗干凈，測得其表面粗糙度Rz值為5.763μm。將上述基體放入熱化學(xué)氣象沉積設(shè)備反應(yīng)腔體。抽真空使腔體內(nèi)氣壓小于10mbar，隨后加熱使腔體溫度升高直至500℃，向腔體內(nèi)通入反應(yīng)性氣體甲烷，在850mbar的甲烷氣氛下反應(yīng)4小時(shí)，生長碳基物質(zhì)納米纖維薄膜。反應(yīng)完成后停止向腔體內(nèi)注入反應(yīng)性氣體并抽走腔體內(nèi)的殘余氣體。將所獲得的由碳基物質(zhì)納米纖維薄膜覆蓋的金屬基體在900℃下真空碳化12小時(shí)，形成直線型碳納米纖維薄膜，碳化完成后將系統(tǒng)冷卻至室溫。實(shí)施例8將尺寸為25×25×0.45mm的銅片，表面用3微米金剛石拋光液拋光，以獲得較低的表面粗糙度，測得其表面粗糙度Rz值為26.4nm，隨后用水清洗干凈。圖7.(a)示出預(yù)處理后的銅基體的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。所用銅片純度為99.9％。將上述基體放入熱化學(xué)氣象沉積設(shè)備反應(yīng)腔體。反應(yīng)溫度為250℃，在500mbar的乙炔氣氛下反應(yīng)1小時(shí)，生長碳基物質(zhì)納米螺旋纖維薄膜。將所獲得的由碳基物質(zhì)納米螺旋纖維薄膜覆蓋的金屬基體在800℃下真空碳化10小時(shí)，形成碳納米螺旋纖維薄膜，碳化完成后將系統(tǒng)冷卻至室溫。圖7.(b)示出最終樣品即碳納米螺旋纖維薄膜覆蓋樣品SEM照片。