图 | 超级黑木头（来源：资料图）
当用电子显微镜仔细检讨这种材料的纳米构造时，立马涌现一幅令人着迷的画面：随着碳化温度的升高，木材细胞壁直接呈现出新的构造。
图 | 超级黑木材的纳米构造（来源：Nature Communications）
碳化的木材是玄色材料，但并不是超级黑。这是由于碳化温度和木质素含量，是两个紧张的限定性成分。
而当赵斌等人调度木质素含量并提高碳化温度时，木材细胞壁的尺寸从微米级变为纳米级，这意味着光散射受到了抑制，从而让光反射率得以大幅降落。
通过此，得以将碳化木材的反射率降落了一个数量级，为该类材料的制备供应了更加绿色可持续的方法，也为木基材料在光学领域的运用供应了新的思路。
（来源：Nature Communications）
同时，这也是超级黑木头观点的首次面世，由于其拥有更好的耐久性和坚固性，故将为木材的高附加值利用带来更多空间。
赵斌所在团队还通过和阿尔托大学教授孙志培课题组的互助，证明超级黑木头在激光实验室具有一定浸染，并且比目前常用的激光网络器更加高效。
通过此，他们创造超级黑木头拥有靠近完美的吸光率，可以降落杂散光对付光学设备精度的影响。
超级黑木头也有望用于天文望远镜，削弱由太阳光引起的强烈背景影。也可作为摄影机的镜头罩，借此提升照片的质量。
还可以将其用在激光实验之中，借此来淬灭激光，从而降落激光反射对人眼的侵害。更可以将其用于提高太阳能收成率，进而提升太阳能蒸汽发生器的性能。
（来源：Nature Communications）
事实上，超级黑并不是一个新观点。自然界中涌现超黑特色的缘故原由有多种，包括伪装、体温调节以及帮忙动物之间的社交互动。这些也是吸光化合物与光捕获构造加以完美结合的结果。
举个例子，森林每每要比开阔的野外暗得多。如果一片森林的树木有几公里高，在这种情形下森林的纵横比（高度与树之间的空间之比）要高得多。这时，光芒会在穿过树墙的时候，经由多次反射之后完备消逝。
而此古人们曾在表面刻蚀的镍磷合金表面实现过超级黑。后来由于垂直排列碳纳米管阵列的涌现，催生了具有表面润色的超级黑金属和一些蓬松的碳材料。
很多超级黑材料都是易碎的多孔材料，由于只能在超净实验室里实现，限定了进一步的研究。后来，人们创造自然界中很多动物的超级黑构造更耐久，也更能适应繁芜的环境。
研究中，赵斌等人借鉴了领域内此前将碳化木材作为太阳能水蒸气发生器和透明木材的成果。其创造，木材的多级孔构造，有利于调控光与物质相互浸染，这样一来既能让光全透过（透明木头），也可以在碳化后促进光接管。
由于木材具有多级孔构造，故能被制备成超级黑木材或者透明木材。透明木材的制备事理在于：探求折光率与木材匹配的聚合物，然后将其添补在木材之中，从而提升木材的透光率。
在本次研究刚开始的半年间，和赵斌在同一个团队的硕士生时雪彤（现为英属哥伦比亚大学博士生），初步证明了木材基超级黑材料可行性。
于是，赵斌将透明木材与超级黑结合，提出了超级黑木头的观点。同时，还在一定程度上办理了超级黑材料本身的易碎问题。
而在研究不同种类的超级黑材料之后，赵斌意识到很多超级黑体系都是由超轻的蓬松材料实现的，比如垂直排列的碳纳米管、多孔的碳纳米球、被侵蚀的金属表面和天国鸟羽毛等。
受此启示，他将碳化温度进行提高，并在原木材料上验证了可行性，又在脱木素的木头上取得进一步打破，终极达到超级黑的级别。
（来源：Nature Communications）
虽然达到了超级黑的级别，但是他们一开始并不明白背后的机理，很难阐明黑度上升一个数量级的背后缘故原由。
通过有限元建模的方法，他们根据木材构造在各个实验步骤中的变革，在干系软件的帮助之下，以可控的办法来设计超级黑木头的描述和尺寸，从而验证了木材超级黑的理论，并针对其背后机理加以阐明。
只管超级黑木头是一个看起来很酷的学术名词，但是将超级黑材料和木头建立联系却并非一挥而就。碳化之后的木材截面，其吸光率高达 97%-99%。恰是以，碳化木材在太阳能蒸汽发生器上的运用是近年来的一个热点。
而木基的超级黑材料的吸光率为 99.6%。在本次研究之中很长一段韶光，碳化木头的吸光率都在 99% 旁边徘徊。
即便多次考试测验修正参数，也都以失落败而告终。有一次，赵斌将碳化温度升高到 1500°C，这时产生了新的构造，吸光率也被提升到 99.65%，从而达到了超级黑的级别。
（来源：Nature Communications）
终极，干系论文以《木材基超级黑》（Wood-based superblack）发在 Nature Communications[1]，赵斌是第一作者，加拿大不列颠哥伦比亚大学奥兰多·J·罗哈斯（Orlando J. Rojas）教授和芬兰阿尔托大学布鲁诺·马托斯（Bruno D. Mattos）教授担当共同通讯作者。
图 | 干系论文（来源：Nature Communications）
由于得到了期刊主编的重视，本次论文还被 Nature Communications 主页加以高亮宣布，并当选为 2023 年 TOP 50 论文。
同时，Nature Reviews Materials 也揭橥了一篇评论文章，并将本次超级黑木材与透明木材放在一起谈论。
图 | 赵斌（左一）和团队（来源：资料图）
本次事情是赵斌在芬兰读博期间的成果，故在芬兰得到不少的关注，他也因此受邀参加赫尔辛基设计周，在那里他展示了这款超级黑木材。
不过，作为材料的一种表面性能，超级黑——高度依赖于材料表面的微纳构造与组装办法。因此人们一样平常利用蓬松的超轻材料来制备超级黑材料。
垂直排列的碳纳米管阵列，是目前最黑的人造材料，吸光度高于 99.96%，但却仅能在超净间之内利用。
无论是外界的触碰，还是环境中的湿度，都会给超级黑材料的性能带来严重危害，因此很难被用于日常生活之中。
但是，在自然界中有很多超级黑物种，比如孔雀蜘蛛、天国鸟、深海鱼类、蝴蝶、甲虫等，它们的身上都拥有一些超级黑构造，这些构造即便面临苛刻环境也不随意马虎被毁坏。
对付自然界中的超级黑物种，领域内的学者也非常着迷。目前，赵斌和同事在超级黑物种的启示之下，正在努力提升人造超级黑木材的表面耐久性。
其余，近年来人造超疏水表面材料取得了很好的进展，该类材料的微纳构造设计，也能为研发超级黑木材带来一定借鉴意义。
眼下，赵斌等人正在研究被重组之后的木材，他们创造这种木材在碳化后，表现出更加精良的表面耐久性，故将基于此开展后续的研究。
图 | 赵斌（来源：赵斌）
另据悉，赵斌本科和硕士均毕业于四川大学。硕士期间，他紧张从事二氧化碳捕集的研究，期间揭橥 SCI 论文一篇 [3]，后在四川大学梁斌教授的推举下来到芬兰阿尔托大学读博。
博士期间，他连续研究二氧化碳捕集，并利用木质素基的碳纳米球，实现了低能耗的二氧化碳捕集与再生 [4]。
目前，他紧张研究木基的高附加值功能材料。木基材料是一种可持续、可再生的质料，有利于林产资源、及其副产品的高效利用，也可以促进“双碳”政策的实行。
“因此在博士毕业之后，我方向于回到川渝地区的高校连续从事科研事情，希望将来能为国家的碳减排目标出一份绵薄之力，”赵斌末了表示。
参考资料：
1.Zhao, B., Shi, X., Khakalo, S.et al.Wood-based superblack. Nat Commun 14, 7875 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43594-4
2.Wood can be made superblack or transparent, Nature Reviews Materials 2024
3.B. Zhao, et al., Applied Energy 2017
4.B. Zhao, et al., ACS nano 2021
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