發(fā)布時間：2020-08-21 10:45

【摘要】：減反射結(jié)構(gòu)(ARSs)能顯著抑制光的反射,從而增強(qiáng)光的吸收和透射。目前太陽能電池、光學(xué)顯示器和光學(xué)檢測等光學(xué)器件極速發(fā)展,其日益增長的需求亟需在加速研究具有寬譜、全向減反性能的微納光學(xué)結(jié)構(gòu)。而已有的減反射微納結(jié)構(gòu)往往多僅針對狹窄波段或固定入射角度,難以滿足性能的要求。反觀自然生物,多種經(jīng)億萬年進(jìn)化而成的生物減反微納結(jié)構(gòu)能為現(xiàn)今的減反射結(jié)構(gòu)研究設(shè)計帶來啟發(fā)。目前,仿生模板合成制備法是復(fù)制生物精細(xì)微納結(jié)構(gòu)、重現(xiàn)其精細(xì)功能特性的最有效方法之一。生物減反射結(jié)構(gòu)中,具有二維乳突狀陣列結(jié)構(gòu)的蟬翼是目前自然界中最為有效的構(gòu)型模板。這一結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)適合制造具有納米結(jié)構(gòu)的功能性材料,該構(gòu)型可在更寬波段范圍內(nèi)具有減反射性能。在本研究中,基于蟬翼生物模板,制備了具有ARSs的光學(xué)功能材料。然后分別研究了具有ARSs的二氧化鈦(TiO_2)和二氧化硅(SiO_2)在不同角度下的減反射性能。同時通過制備了具有負(fù)納米孔結(jié)構(gòu)的金屬半導(dǎo)體(Ag-TiO_2),研究了蟬翼仿生構(gòu)型的可見光增強(qiáng)吸收和光催化降解性能。主要結(jié)果如下:1.利用簡捷、高效的溶膠-凝膠工藝,并結(jié)合后續(xù)煅燒工藝精確的制備了具有生物結(jié)構(gòu)形態(tài)的TiO_2減反射結(jié)構(gòu)。制備出的蟬翼遺態(tài)TiO_2不僅有效地繼承了ARSs,而且展現(xiàn)出從法線到45°的高性能角度依賴性減反射性能。反射光譜表明,在較大的可見光波長范圍內(nèi),隨著入射角增大,具有ARSs的生物型TiO_2的反射率由1.4%逐漸變?yōu)?.8%。2.制備所得的蟬翼遺態(tài)SiO_2構(gòu)型材料,具有更為廣角的減反效果,在入射角(10°-60°)內(nèi)表現(xiàn)出良好的變角減反射性能。隨著入射角的增加,蟬翼遺態(tài)SiO_2的反射光譜(可見光波長)的變化從0.3%僅到3.3%。3.制備具有納米孔結(jié)構(gòu)的蟬翼反向構(gòu)型遺態(tài)TiO_2,可直接通過蟬翼的納米乳頭陣列結(jié)構(gòu)有效地制備出來,納米孔陣列結(jié)構(gòu)經(jīng)高溫煅燒后仍保持良好的微納構(gòu)型。Ag納米顆粒(10nm-25nm)可均勻裝飾在納米孔結(jié)構(gòu)表面和側(cè)壁上。在紫外-可見光照射下,蟬翼遺態(tài)Ag-TiO_2在降解甲基藍(lán)(MB)中表現(xiàn)出顯著的光催化活性。與無負(fù)載的蟬翼遺態(tài)TiO_2和商業(yè)P25相比,蟬翼遺態(tài)Ag-TiO_2表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化活性。其光催化活性可歸因于納米孔結(jié)構(gòu)、Ag納米顆粒的局域表面等離子體共振(LSPR)性質(zhì)和增強(qiáng)的電子空穴分離。本論文研究,啟迪于具有減反射特性的蟬翼表面微納構(gòu)型,研究了不同光學(xué)材料的寬譜、全向減反射性能。同時研究了基于該特性的多種功能材料,該工作為未來新型減反射光功能材料的研究提供了新的研究構(gòu)型參考和數(shù)據(jù)支持。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB34

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本文編號：2799280