摘要：浙江大学研究团队在 Science Advances 期刊上发表了一篇题为 “Pixel-level metal blackbody microcavities via hierarchical laser writing” 的研究论文。研究团队提出了一种基于
第一作者：Chong-Kuong Ng
通讯作者：Yuan-Liu Chen, Yungui Ma
通讯单位：浙江大学
文章链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adu0608
导读
浙江大学研究团队在 Science Advances 期刊上发表了一篇题为 “Pixel-level metal blackbody microcavities via hierarchical laser writing” 的研究论文。研究团队提出了一种基于飞秒激光加工技术的金属黑体微腔阵列，实现了从可见光到红外光（0.25–20 μm）范围内的高发射率（>0.94），并在长波红外（8–14 μm）范围内达到了接近理想黑体的发射率（>0.99）。研究表明，该微腔结构可用于热红外显示、红外加密、灰度热成像等领域，并可在高温环境下长期稳定运行，为红外光子学与热管理技术带来新的可能性。
01
研究背景
传统黑体腔体因其近乎完美的全方位吸收能力，被广泛应用于热辐射测量和校准。然而，这些黑体腔通常体积庞大（>10⁴ cm³），难以集成到现代微型设备中。此外，实现高发射率的小型化黑体仍然面临光陷阱结构的加工难题。近年来，碳纳米管（CNTs）等纳米材料展示了极高的吸收能力（>0.99），但在机械稳定性和极端环境耐受性方面存在不足。因此，研究团队提出了一种飞秒激光加工金属微腔的方法，使其具备优异的光吸收能力，并能适用于极端环境。
02
核心内容解读
1.黑体微腔的设计与制造
要点快读：
研究团队采用飞秒激光加工技术，在金属表面刻蚀六边形排列的微腔阵列（直径 D = 100–190 μm，周期 P = 200 μm）。扫描电子显微镜（SEM）图像显示，这些微腔具有高度粗糙的内壁，有助于增强光陷阱效应，提高微腔的整体吸收能力。实验表明，通过控制微腔的几何参数（孔径 D、深度 Z、周期 P），可有效调节局部辐射特性，使发射率从 0.1 调整至 0.94 以上。
图1 黑体微腔的设计与制造
2.微腔发射率的像素级调控
要点快读：
研究人员通过红外热像仪测量了不同深度微腔的热辐射特性。结果表明，随着深度 Z 的增加，微腔的发射率显著提升。例如，在 100°C 的加热条件下，深度为 100 μm 的微腔阵列的红外辐射温度比浅层结构高出 20°C。此外，微腔的结构参数可通过非线性拟合模型精确预测其局部发射率，使其能够在像素级实现可控的红外辐射分布。研究表明，最优黑体微腔的超低反射率（R
图2 微腔发射率的像素级调控
3.黑体微腔在热红外加密中的应用
要点快读：
研究团队利用不同深度的微腔编码红外信息，实现了红外加密显示。例如，通过双层深度编码，他们在金属表面刻画了浙江大学的校徽，该图案在可见光下不可见，而在红外热像仪下清晰可见。此外，他们还成功打印了一个由五层深度编码的火焰图案，表明该技术可用于多级红外隐写。实验表明，该微腔编码可在 500°C 的高温环境下稳定运行 20 小时以上，表现出极佳的耐高温性和信息存储稳定性。
图3 黑体微腔在热红外加密中的应用
4.高灰度级热红外打印
要点快读：
研究团队提出了一种基于微腔孔径变化的宽动态范围红外调控策略。在光滑的铝表面上，通过控制微腔的孔径（D/P 比值），实现了近乎连续的灰度变化，使得红外图像的分辨率达到 6.13 lp/mm（线对/毫米）。利用该技术，研究团队成功打印了高分辨率的红外灰度图像，包括爱因斯坦肖像和蒙娜丽莎点绘图案。实验表明，该方法可在红外成像和信息加密方面发挥重要作用。
图4 高灰度级热红外打印
图5 黑体微腔在热管理与红外光学存储中的应用
03
结论与展望
本研究提出了一种基于分层飞秒激光加工的金属黑体微腔结构，实现了微型化、高发射率和可编程红外辐射控制。这些微腔阵列不仅能够在极端环境（>500°C）下保持稳定的辐射特性，还可用于高精度热红外显示和信息加密。相比传统的黑体涂层，该方法无需额外的光学涂层，避免了高温下的氧化和老化问题。未来，该技术有望在红外传感、热管理、隐身技术和红外光学存储等领域获得广泛应用。
文章信息
Ng, C-K., Chen, T., Ju, B-F., Chen, Y-L., & Ma, Y. (2025). Pixel-level metal blackbody microcavities via hierarchical laser writing. Science Advances, 11, eadu0608.
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adu0608
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