工作在250-2000nm波段的过渡金属/介质光热转换薄膜的设计与制备

发布时间：2022-09-28 15:56

　　本论文仔细研究了过渡金属/介质光热转换薄膜结构的理论设计与实验制备方法,并对薄膜结构的制作方法进行了深入探析。在理论上,利用传输矩阵方法从30种不同的过渡金属/电介质搭配中筛选出一种性能最佳的组合,即8层Ti/SiO2薄膜结构（[Ti/SiO2]8）。在实验上,采用磁控溅射仪制备此种薄膜结构,并对其性能参数进行表征。表征结果显示此结构在250-2000nm波段吸收效率达到98.3%,相较于6层结构大大拓宽了吸收谱段并提升了吸收效率;在700K下热辐射损失低至0.18,有效抑制了热辐射引起的能量损失;在入射角为60度条件下,在250-2000nm波段吸收效率仍在90%以上,突破了入射角对光热转换过程的限制;在温度低于723K下具有良好的热稳定性,可以广泛应用于各种中低温光热转换器件中;表面形貌十分平整,AFM测试结果表明其表面粗糙度低于1nm。本论文在对8层Ti/SiO2薄膜结构的组分及制作方法进行深入研究之后,发现向SiO2内摻入金属Ti可以有效改变SiO2的光学常数,并且通过改变摻入金属Ti的比例,可以控制混合材料的光学常数。因此,本论文通过精确控制摻入金属Ti比例的方法,获得了一种... 

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 研究的应用
        1.1.2 国内外研究进展
    1.2 本文主要研究内容
第二章 过渡金属/介质光热转换薄膜结构的理论设计
    2.1 研究的理论背景
    2.2 传输矩阵方法
        2.2.1 麦克斯韦方法
        2.2.2 亚伯拉罕方法
    2.3 过渡金属/介质光热转换薄膜结构的选取
    2.4 厚度对薄膜结构光学性能的影响
        2.4.1 介质层厚度对薄膜结构光学性质的影响
        2.4.2 金属吸收层厚度对薄膜结构光学性质的影响
        2.4.3 反射层厚度对过渡金属/介质光热转换薄膜结构光学性质的影响
        2.4.4 总结
    2.5 理论计算结果
    2.6 本章小结
第三章 过渡金属/介质光热转换薄膜结构的制备及表征设备
    3.1 实验设备及材料
        3.1.1 过渡金属/介质光热转换薄膜制备设备
        3.1.2 退火设备
        3.1.3 实验材料
    3.2 过渡金属/介质光热转换薄膜的性能表征设备
        3.2.1 椭圆偏振光谱仪(SE)
        3.2.2 原子力显微镜(AFM)
        3.2.3 X射线光电子能谱技术（XPS）
第四章 过渡金属/电介质光热转换薄膜的制备及表征
    4.1 薄膜形成过程及溅射镀膜原理
        4.1.1 薄膜的形成过程
        4.1.2 溅射镀膜原理
    4.2 基片清洗
    4.3 过渡金属/介质光热转换薄膜的制备
    4.4 实验参数定标
    4.5 实验参数列表
    4.6 退火实验流程
    4.7 过渡金属/介质光热转换薄膜结构性能分析
        4.7.1 光学吸收率
        4.7.2 热辐射率
        4.7.3 变角度反射光谱
        4.7.4 热稳定性
        4.7.5 表面形貌
    4.8 本章小结
第五章 过渡金属/介质多层膜结构的改进
    5.1 理论分析
        5.1.1 常用的光学色散模型
        5.1.2 有效介质近似
    5.2 混合膜的制备及表征
        5.2.1 实验计划
        5.2.2 结果分析
    5.3 混合膜结构的性能
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目
附录3 攻读硕士学位期间申请的专利
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲高能量密度等离子体法制备TiN薄膜及其摩擦磨损性能研究[J]. 刘元富,张谷令,王久丽,刘赤子,杨思泽.  物理学报. 2004(02)
[2]N2分压对磁控溅射NbN薄膜微结构与力学性能的影响[J]. 韩增虎,胡晓萍,田家万,李戈扬,顾明元.  上海交通大学学报. 2004(01)
[3]新材料ITO薄膜的应用和发展[J]. 段学臣,杨向萍.  稀有金属与硬质合金. 1999(03)



本文编号：3681954