基于平面及图案化衬底的等离子体高效宽谱吸收体

发布时间：2017-12-06 20:18

  本文关键词：基于平面及图案化衬底的等离子体高效宽谱吸收体

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【摘要】：近年来,由于在太阳能捕获,热辐射器,军事隐身等多领域的广泛应用,电磁波吸收体吸引了越来越多研究者的研究兴趣。迄今为止,一系列基于不同材料和结构组成的吸收体已经被设计和报道。窄带吸收体可应用于选择性热辐射和传感等领域。在太阳能捕获,海水淡化,军事隐身等领域,则需要在宽波频区域或多频区具有高效吸收性能的宽带吸收体或多频带吸收体。然而,大多数宽带吸收体的制备工艺需要比较昂贵实验仪器(如电子束光刻,聚焦离子束),且不易大面积制备。因此,基于简单工艺制备的宽带吸收体极具发展潜力。为此,本文以实现宽带吸收为主要目标,我们利用磁控溅射分别在平面衬底和图案化衬底上研究一种改良后的金属/介质/金属等离子宽带吸收体。首先,将传统的金属/介质/金属层状吸收体的上层金属薄膜用金属纳米颗粒层替换,改良后吸收体的上层金属纳米颗粒层是利用磁控溅射装置自由沉积形成的。主要利用不同形状尺寸的金属纳米颗粒激发不同频率范围内等离子体模式的杂化现象,实现拓宽吸收带宽的效果。研究了在光滑和粗糙平面衬底上介质层厚度和金属纳米颗粒层的名义厚度对吸收体吸收性能的影响。实验结果显示,随着介质层和金属纳米颗粒层的厚度单独变化时,两种衬底上吸收体的总吸收效率具有一致的变化规律,即介质层厚度(金属纳米颗粒层的名义厚度)一定时,总的吸收效率随金属纳米颗粒层的名义厚度(介质层厚度)增加呈现出现先增加后减小的变化趋势。在两种衬底上,介质层厚度和Ag纳米颗粒层的名义厚度分别为90 nm和5.4 nm时,得到在300-1000 nm波长范围内总吸收效率分别为89.8%和90.4%的宽带吸收体。随后,在抛光Al片上,直接沉积介质层和金属纳米颗粒层,实现了在300-1000 nm波长范围内总吸收效率为91.2%的宽带吸收体,介质层厚度和金属纳米颗粒的名义厚度分别为90 nm,5.4 nm。其次,在图案化衬底上,研究了改良后的金属/介质/金属层状吸收体。在柔性图案化蛾眼衬底上,提出了一种300-1100 nm波长范围内总吸收效率为95.6%的柔性、广角、高效宽谱吸收体,其介质层和金属纳米颗粒的名义厚度分别为96 nm和5.4 nm。实验得到柔性宽带吸收体对介质层SiO_2的容忍度很大,介质层为0 nm时高效吸收体在300-1100 nm波长范围内总的吸收效率为84.3%。不同入射角度下吸收效率测试表明柔性吸收体对入射角度不敏感,特别地,总吸收效率为95.6%的样品在60°斜入射时,总吸收效率依然为90.2%。柔性性能测试结果表明具有极佳的柔性弯曲性能,当弯曲次数为10000次时,高效吸收体的吸收性能为原来的98.7%。利用有限时域差分法和有限元法模拟计算的结果显示,入射光可以通过Ag金属纳米颗粒层到达波纹状的介质层结构中,我们设计的高效吸收体在柔性光伏器件、光伏建筑一体化、便携式电源等领域具有很大应用潜力。我们还在U-AAO衬底上对上述层状吸收体下层金属膜的厚度进行了研究。结果显示,在650-1100 nm波长范围内,随底层金属的增加,吸收效率减小。最后,总结了全文,并对未来的研究提出了展望。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O53;TB383.1

【参考文献】

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1 张月芳;郝万军;;吸波材料研究进展及其对军事隐身技术的影响[J];化工新型材料;2012年01期

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本文编号：1259842