喷雾热解法制备近红外反射型CuO/ZnO黑色颜料及其在激光雷达可探测冷却涂层中的应用

针对城市热岛效应和自动驾驶车辆LiDAR探测需求，研究人员通过喷雾热解法开发了新型x-CuO/ZnO近红外(NIR)高反射黑色颜料。系统调控Cu含量（0≤x≤0.3）和煅烧温度（600-900°C），获得兼具优异黑度（L*=27.4）和NIR反射率（RNIR=60.2%，R@905nm=75.1%）的复合材料，其LiDAR探测性能显著优于商用炭黑，为智能城市和自动驾驶安全提供了创新材料解决方案。

　　

随着全球变暖与城市化进程加速，城市热岛效应（Urban Heat Island, UHI）已成为严峻的环境挑战。建筑物和道路吸收的太阳辐射中，52%的近红外（NIR）能量转化为热能，而传统黑色颜料如炭黑的NIR反射率极低，加剧了这一问题。更棘手的是，未来自动驾驶车辆依赖905nm激光雷达（LiDAR）探测环境，但低反射率的黑色车辆可能成为"隐形杀手"。如何在保持美学黑度的同时实现高NIR反射率，成为材料科学领域的重大难题。

韩国国立韩巴大学的研究团队在《Applied Materials Today》发表突破性研究，通过喷雾热解法（spray pyrolysis）设计出新型x-CuO/ZnO复合黑色颜料。该材料巧妙结合了CuO的高NIR反射特性和ZnO的成本优势，在800°C煅烧条件下，20% Cu含量的样品（0.2-CuO/ZnO）展现出卓越性能：黑度指标L*=27.4，色饱和度C*=2.17，NIR波段反射率达60.2%，尤其在LiDAR工作波长905nm处反射率高达75.1%，远超商用炭黑。

研究采用喷雾热解结合高温煅烧的制备工艺，通过X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）确认材料由ZnO和CuO两相组成。关键发现包括：煅烧温度升高促使CuO均匀分布于ZnO晶格，实现颜色从棕到黑的转变；Cu含量增加虽提升黑度但会降低NIR反射率；优化的0.2-CuO/ZnO在化学稳定性和热屏蔽性能方面表现突出。

【材料与合成】部分显示，研究以硝酸铜和硝酸锌为前驱体，柠檬酸为添加剂，通过精确控制喷雾热解参数获得前驱体粉末，再经梯度煅烧获得最终产物。

【煅烧温度影响】章节揭示，600°C时材料呈棕色且NIR反射率仅45%，当温度升至800°C时形成均匀的黑色复合结构，NIR反射率提升至60.2%。但900°C会导致颗粒过度烧结，反射性能下降。

【结论】部分强调，该研究首次实现CuO/ZnO体系在LiDAR探测与UHI缓解的双重应用。相比含稀土元素的(Ce,Gd)VO₄等材料，这种基于廉价元素的复合材料更具产业化潜力。其突破性在于通过晶体相分布调控，解决了传统黑色颜料"高吸收-低反射"的矛盾特性，为智能城市建设和自动驾驶安全提供了新材料范式。

这项工作的科学价值体现在三方面：其一，建立了CuO/ZnO组分-结构-性能的定量关系；其二，开发出同时满足美学要求和功能需求的智能颜料；其三，为多功能复合材料设计提供了新思路。正如作者Kyeong Youl Jung指出，该技术有望应用于建筑外墙涂料和汽车漆等领域，推动"冷却城市"愿景的实现。