世界上最黑的黑有多黑?当光线进入一个物体之后,既没有光线透过物体,也没有光线从物体表面反射,我们便得到了绝对的“黑”。完美的黑色材料具有诸多用途,其中最著名的莫过于超黑材料在哈勃望远镜中的应用。NASA为了避免杂散光对观测系统的影响,在遮光罩等元件上涂上了当时最黑的涂料Aeroglaze Z306,使得哈勃望远镜可以拍摄太阳系内外天体的最优质图片。目前,探索提升材料光吸收特性的方法和技术是超黑材料研究的难点问题。本论文围绕锥孔纳米结构的光吸收特性展开。本论文发挥离子径迹技术在微纳结构制备方面的独特优势,将金属和聚合物材料的本征吸收以及表面的结构化处理相结合,实现了横跨紫外-可见-近红外-中红外的广角超宽谱近完美光吸收。此外,通过将锥孔纳米结构的光学响应与生物分子分离相结合,实现了不同尺寸生物分子的分离和膜上SERS检测。具体研究内容分为以下几个方面:（1）锥孔基底的蚀刻研究。过蚀刻产生的锥形结构是实现高性能光吸收的关键。通过调控辐照注量、蚀刻液配比、蚀刻温度、蚀刻时间等参数,得到了分布均匀,表面光滑的大长径比锥形结构。同时分析了PC蚀刻过程的不溶性蚀刻产物对过蚀刻结构的影响,并提出了解决方案。此外,在PI基底的蚀刻研究中,分析了Na Cl O蚀刻液的分解过程和影响因素,基于此分析确定了满足理想过蚀刻结构要求的PI蚀刻条件。随后讨论了传统紫外辐照法制备聚合物断面的不足,提出了可以最大程度保持聚合物表面精细结构的断面制备方法。最后简单介绍了低反射率样品吸收光谱的测量要求和本研究中采用的测量方法。（2）核孔膜超黑材料的光学设计与光吸收特性研究。金属本身在可见到红外波段的吸收很弱,但是由金属材料制成的微纳结构由于等离激元共振等机制,在可见到近红外区域有很好的光吸收响应。聚合物材料在紫外可见波段的光吸收主要来自电子跃迁,由于聚合物通常属于绝缘体,有很大的禁带宽度,所以在可见波段通常是透明的,但是在1-100μm波段,由于振动跃迁,有较强的吸收,与金属形成互补。聚合物膜两表面在重离子辐照加化学过蚀刻之后形成了大长径比的锥状结构,在其中一个表面用镀膜技术沉积一层光耗散材料形成光耗散层,另一表面则充当减反射层,接收入射光。聚合物膜减反射层大长径比的锥状结构实现了从空气折射率到聚合物折射率的梯度转变。入射光以极低的反射率从空气进入聚合物膜,在光耗散层实现宽谱的近完美吸收。基于离子径迹技术所制备的超黑材料经中国计量院第三方检测,其半球总反射比（THR）最低可达0.0001（对应最高吸收率99.99%）,仅为现有国际记录的（0.0003）的1/3,达到了国际领先水平。（3）层级等离激元多孔超表面的生物分子分离和表面增强拉曼光谱检测研究。此结构包含两个长度尺度的纳米结构,一个是自上而下蚀刻得到的亚波长锥形纳米孔,另一个是围绕在锥形孔周围的自组装形成的小于5 nm的纳米沟槽。本文提出了一种新的SERS电磁场增强机制:纳米孔天线通过纳米沟槽产生级联电磁场增强,最终产生大面积的级联电磁场热点。这种层级超表面提供了一个高灵敏度,高均匀性和可重复性的痕量检测平台,可以实现浓度低至10-11 M的4巯基吡啶的检测。进一步说明了层级多孔超表面SERS基底同时具有可大面积制备、结构稳定、激发偏振不依赖、双面SERS响应等特性。这些整体的灵活性有利于复杂工作环境下的SERS检测。更重要的是,层级结构提供了一种生物分子分离和膜上SERS检测的新方法。层级多孔超表面SERS基底有望成为一种生物分离和复杂工作条件下的可靠检测平台。本论文提出减反与耗散结合、金属与聚合物互补、多种光吸收机制协同作用的设计思路,开创性地将离子径迹技术应用到超黑材料的制备中,实现了广角超宽谱近完美光吸收。本论文的研究为超黑材料的制备提供了新思路,同时拓展了离子径迹技术的应用范围。所制备的超黑材料有望在空间杂散光抑制、辐射制冷、红外辐射定标等领域发挥重要作用。