基于纳米压印的超材料近红外吸收器制备研究

发布时间：2017-06-21 00:07

  本文关键词：基于纳米压印的超材料近红外吸收器制备研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超材料近完美吸收器可实现对无线电、微波、太赫兹、红外到可见光波段的入射光的近100%吸收。应用广泛,如太阳能光伏、空间光调制器、传感器、红外隐身、光电探测等。超材料近完美吸收器的结构通常由金属颗粒-介质层-金属反射层构成,其高吸收率来源于表面金属颗粒、介质层之间产生的局域等离子体激元共振(LSPR)。在入射电磁波的激发下,金属颗粒中的电荷发生集体振荡,颗粒的光学吸收在等离激元共振频率处达到最大,并且显示近场幅度增强。有研究证明,超材料近完美吸收器的吸收特性与金属颗粒的尺寸、形貌和介质层的材料和厚度密切相关。纳米颗粒、纳米孔、纳米球等一些可精确控制形状、尺寸、间距的金属纳米结构制备方法的发展,促进了局域等离激元的研究。金属微纳结构的加工方法主要有:光刻、电子束曝光、极紫外光刻、激光直写、纳米压印等。普通光刻分辨率较低,极紫外光刻、电子束曝光技术、激光直写成本高且效率低,纳米压印在批量制备纳米级别尺寸的结构具有绝对的优势。我们设计优化了一个在近红外波段1.2微米具有近完美吸收的超材料吸收器,结构为金纳米圆颗粒-SiO2介质层-金反射层。以该设计为蓝图,利用紫外固化软压印技术制备了一系列具有不同介质层厚度的器件。紫外压印具有分辨率较高、对模板的损坏小、压印效率高、易脱模等优点,因此被我们选择作为金纳米可以的制备方法。使用PDMS作为压印模板,制备了一系列不同直径的结构,并分析了实验参数对压印结构的影响。我们利用红外反射谱测量,定量研究了这些器件的吸收特性。实验结果证实,介质层厚度、金属颗粒尺寸都会影响LSPR共振频率,介质层厚度的增加会导致共振频率蓝移,颗粒尺寸的增加会导致共振频率红移。实验证实了纳米压印技术制备的超材料器件具有工艺可靠性好,加工精度高等优点。实验测得的吸收率变化趋势与理论预期相符,吸收率较高。
【关键词】：超材料吸收器 局域等离激元共振 纳米压印
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34;TN21
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 引言10-28
• 1.1 超材料近完美吸收器10-15
• 1.1.1 局域等离激元共振12-13
• 1.1.2 影响LSPP共振频率的因素13-15
• 1.1.3 基于LSPR的超材料吸收器15
• 1.2 纳米压印技术简介15-25
• 1.2.1 热纳米压印17-19
• 1.2.2 紫外固化纳米压印19-20
• 1.2.3 微接触纳米压印20-21
• 1.2.4 纳米压印存在的问题21-25
• 1.3 本文主要研究内容及创新点25-28
• 2 数值模拟计算研究28-36
• 2.1 基于有限元方法COMSOL软件28-29
• 2.2 结构设计与COMSOL建模29-31
• 2.3 结果31-36
• 3 使用紫外纳米压印技术制备超材料红外吸收器36-60
• 3.1 实验设备与材料36-37
• 3.2 吸收器制备过程37-46
• 3.2.1 基底准备37-38
• 3.2.2 PDMS模板制备38-41
• 3.2.3 紫外固化纳米压印41-42
• 3.2.4 反应离子刻蚀42-43
• 3.2.5 金属沉积与剥离43-46
• 3.3 UV-NIL压印的结果与分析46-55
• 3.3.1 实验参数对结构的影响46-51
• 3.3.1.1 压印参数对结构的影响46-49
• 3.3.1.2 刻蚀参数对结构的影响49-51
• 3.3.2 吸收器的金属颗粒结构51-55
• 3.4 吸收性能的测试55-60
• 4 纳米压印技术应用于石墨烯器件60-68
• 4.1 石墨烯的物理特性及制备60-62
• 4.2 使用纳米压印技术制备石墨烯微纳结构62-64
• 4.2.1 石墨烯的转移制备62-63
• 4.2.2 石墨烯的微纳结构制备63-64
• 4.3 石墨烯的表征64-68
• 5 结论与展望68-72
• 5.1 结论68-69
• 5.2 展望69-72
• 参考文献72-76
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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  本文关键词：基于纳米压印的超材料近红外吸收器制备研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：467196