OES丨黑白之间，多彩变换：“Janus热控材料/功能”调控新范式

OES丨黑白之间，多彩变换：“Janus热控材料/功能”调控新范式

Opto-Electronic Science论文推荐上海交通大学张东石副教授、李铸国教授团队创新性提出了金属基Janus热控材料/功能化的新工艺范式（飞秒激光微纳加工 +热退火后处理） ，实现了钨基Janus黑色/白色氧化钨WO3 - x光热/辐射制冷界面的单体和单面/双面复合一体化制备 ，并拓展了该工艺范式多种金属彩色化辐射制冷界面的制备能力。

文 章 | Liao JN, Li ZG, Zhang DS. Femtosecond laser based “Janus-material/function” processing paradigm for photothermal and radiative cooling modulation. Opto- E lectron Sci 5, 260023 (2026).

作者：廖嘉宁，李铸国*，张东石*

*通信作者

研究背景

Janus概念 ，源于罗马双面神 ，正在赋予界面“一体两面”多种功能性涵义。受极端和苛刻环境应用驱动 ，先进热管理材料 ，比如黑色光热（PT）和白色（彩色）辐射制冷（RC）材料受到了越来越多的关注。 白色（彩色） 辐射制冷材料的开发有助于解决日益迫切的界面散热问题。辐射制冷材料多为氧化物 ，经常与聚合物复合使用 ，功能性单一且聚合物环境耐受性差。 为使热管理材料具有场景变换调控能力并增强界面环境耐受性 ，亟需开发金属基 “Janus热控材料/功能界面 ” 。飞秒激光微纳加工非常擅长金属“黑化 ”（微纳织构、纳米材料合成和原位沉积） ，但“黑-白Janus相互转换 ” 、“黑白Janus一体化”制备（图1） 以及进一步黑色-彩色Janus热控材料/功能界面体系拓展还有待研究。

图1 金属基单面/双面金属氧化物（MOx） PT/ RC材料“Janus ”功能化示意

本文亮点

针对上述技术瓶颈 ，上海交通大学张东石副教授、 李铸国教授团队创新性提出了金属基Janus热控材料/功能化的新工艺范式（飞秒激光微纳加工 +热退火后处理） ，实现了钨基Janus黑色/白色氧化钨WO3 - x光热/辐射制冷界面的单体和单面/双面复合一体化制备， 并拓展了该工艺范式多种金属彩色化辐射制冷界面的制备能力 。 该工作近期以“Femtosecond laser-based “Janus-material/function” processing paradigm for photothermal and radiative cooling modulation” 为 题 发 表 在 Opto-Electronic Science。

飞秒激光加工金属钨可合成沉积黑色WO3- x纳米材料 ，热退火可使其向白色WO3- x转变（在优化的退火温度和退火时长条件下） ， 同时保留结构纳米尺度空间分辨率。 由于衬底金属/界面氧化物热导率与红外发射率差异明显 ，构成了Janus热控材料调控体系； 黑色和白色WO3- x调控可进一步赋予金属光热与辐射制冷功能（图2） 。 PT/ RC-WO3- x界面可在1倍太阳光辐照条件下使钨金属分别实现9 ℃升温和2 ℃降温效果， 为全天24小时（光） 热电界面开发提供了有力支撑。

图2 工艺范式示意（飞秒激光微纳加工 +热退火后处理） ，不同退火条件PT界面演变过程（光学照片），黑色光热/白色辐射制冷材料功能示意及其潜在的24小时（光）热电应用

该工艺范式灵活性高 ，可在单一金属上实现双面黑白和单界面“ LASER JANUS ” 黑白图案化集成制备（图3） 。黑色光热和白色辐射制冷界面可抵御100℃和200℃ 4小时热氧化处理， 防手抖动和胶带刮蹭 ，展现了一定界面稳定性。该工艺范式展现了良好的材料普适性和彩色辐射制冷界面拓展潜力 ，通过Ta 、 Mo 、 Nb得到了验证（图4） 。实验还发现了 Ti基（TiO2 - x）光热界面的抗热氧化能力， 600℃ 两小时退火后仍保持黑色 ，表明了Janus热控界面调控的多样性与和材料差异性 。鉴于金属基材料（单质 、合金和复合材料） 的多样性 ，可以预见本工作提出的Janus调控新范式将有助于金属基梯度热管理材料和界面的开发。

图3 单/双面黑白“Janus ”光热/辐射制冷界面一体化制备

图4 多金属体系验证 ：Ta、 Mo、 Nb多彩PT-RC变换 ， PT-Ti界面耐高温氧化

研究团队简介

本研究依托上海交通大学材料学院激光加工与改性上海市重点实验室，第一作者为廖嘉宁博士，由张东石副教授、李铸国教授共同指导完成。团队长期致力挖掘飞秒激光微纳加工在多学科交叉领域的应用潜力，重点关注光学/光热调控、超表面和多功能热管理材料/界面的开发，近3年主要成果：

1. Opto-Electron Advances 9 (2026) 250303

2. Engineering (2026), https://doi.org/10.1016/j.eng.2026.04.020

3. International Journal of Extreme Manufacturing 8 (2026) 015010

4. Journal of Materials Science & Technology 247 (2026) 64–80

5. Energy Storage Materials 88 (2026) 105137

6. International Journal of Extreme Manufacturing 7 (2025) 045009

7. Engineering 49 (2025) 61–80

8. Nano Letters 25 (2025) 4143?4153

9. International Journal of Extreme Manufacturing 6 (2024) 055002

长按识别此二维码，直达全文

主题：