本文關(guān)鍵詞：基于平面及圖案化襯底的等離子體高效寬譜吸收體

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【摘要】：近年來,由于在太陽能捕獲,熱輻射器,軍事隱身等多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,電磁波吸收體吸引了越來越多研究者的研究興趣。迄今為止,一系列基于不同材料和結(jié)構(gòu)組成的吸收體已經(jīng)被設(shè)計和報道。窄帶吸收體可應(yīng)用于選擇性熱輻射和傳感等領(lǐng)域。在太陽能捕獲,海水淡化,軍事隱身等領(lǐng)域,則需要在寬波頻區(qū)域或多頻區(qū)具有高效吸收性能的寬帶吸收體或多頻帶吸收體。然而,大多數(shù)寬帶吸收體的制備工藝需要比較昂貴實驗儀器(如電子束光刻,聚焦離子束),且不易大面積制備。因此,基于簡單工藝制備的寬帶吸收體極具發(fā)展?jié)摿�。為�?本文以實現(xiàn)寬帶吸收為主要目標(biāo),我們利用磁控濺射分別在平面襯底和圖案化襯底上研究一種改良后的金屬/介質(zhì)/金屬等離子寬帶吸收體。首先,將傳統(tǒng)的金屬/介質(zhì)/金屬層狀吸收體的上層金屬薄膜用金屬納米顆粒層替換,改良后吸收體的上層金屬納米顆粒層是利用磁控濺射裝置自由沉積形成的。主要利用不同形狀尺寸的金屬納米顆粒激發(fā)不同頻率范圍內(nèi)等離子體模式的雜化現(xiàn)象,實現(xiàn)拓寬吸收帶寬的效果。研究了在光滑和粗糙平面襯底上介質(zhì)層厚度和金屬納米顆粒層的名義厚度對吸收體吸收性能的影響。實驗結(jié)果顯示,隨著介質(zhì)層和金屬納米顆粒層的厚度單獨變化時,兩種襯底上吸收體的總吸收效率具有一致的變化規(guī)律,即介質(zhì)層厚度(金屬納米顆粒層的名義厚度)一定時,總的吸收效率隨金屬納米顆粒層的名義厚度(介質(zhì)層厚度)增加呈現(xiàn)出現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢。在兩種襯底上,介質(zhì)層厚度和Ag納米顆粒層的名義厚度分別為90 nm和5.4 nm時,得到在300-1000 nm波長范圍內(nèi)總吸收效率分別為89.8%和90.4%的寬帶吸收體。隨后,在拋光Al片上,直接沉積介質(zhì)層和金屬納米顆粒層,實現(xiàn)了在300-1000 nm波長范圍內(nèi)總吸收效率為91.2%的寬帶吸收體,介質(zhì)層厚度和金屬納米顆粒的名義厚度分別為90 nm,5.4 nm。其次,在圖案化襯底上,研究了改良后的金屬/介質(zhì)/金屬層狀吸收體。在柔性圖案化蛾眼襯底上,提出了一種300-1100 nm波長范圍內(nèi)總吸收效率為95.6%的柔性、廣角、高效寬譜吸收體,其介質(zhì)層和金屬納米顆粒的名義厚度分別為96 nm和5.4 nm。實驗得到柔性寬帶吸收體對介質(zhì)層SiO_2的容忍度很大,介質(zhì)層為0 nm時高效吸收體在300-1100 nm波長范圍內(nèi)總的吸收效率為84.3%。不同入射角度下吸收效率測試表明柔性吸收體對入射角度不敏感,特別地,總吸收效率為95.6%的樣品在60°斜入射時,總吸收效率依然為90.2%。柔性性能測試結(jié)果表明具有極佳的柔性彎曲性能,當(dāng)彎曲次數(shù)為10000次時,高效吸收體的吸收性能為原來的98.7%。利用有限時域差分法和有限元法模擬計算的結(jié)果顯示,入射光可以通過Ag金屬納米顆粒層到達(dá)波紋狀的介質(zhì)層結(jié)構(gòu)中,我們設(shè)計的高效吸收體在柔性光伏器件、光伏建筑一體化、便攜式電源等領(lǐng)域具有很大應(yīng)用潛力。我們還在U-AAO襯底上對上述層狀吸收體下層金屬膜的厚度進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示,在650-1100 nm波長范圍內(nèi),隨底層金屬的增加,吸收效率減小。最后,總結(jié)了全文,并對未來的研究提出了展望。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O53;TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張月芳;郝萬軍;;吸波材料研究進(jìn)展及其對軍事隱身技術(shù)的影響[J];化工新型材料;2012年01期

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本文編號：1259842