[發明專利]一種可見到紅外波段寬帶吸收器及其制備方法

在審

• 申請號: 201810081464.8
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108303758A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 韓彩芹;王洪峰;閆長春;趙奕平
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種可見到紅外寬帶吸收器及其制備方法。該吸收器包括基片，在所述基片上從下到上依次設有聚苯乙烯小球單層膜層以及由金屬吸收層和非金屬介質層相互交替構成的交替膜層，金屬介質層靠近底部聚苯乙烯小球單層膜層；所述金屬吸收層由一個或多個金屬吸收層單元組成，所述非金屬介質層由一個或多個金屬吸收層單元組成。該吸收器具有吸收效率高、工作波段寬；工藝簡單、成本低廉、可大面積制備等一系列優點。本發明的吸收器是緊湊的多層薄膜結構,相比于傳統的寬帶吸收器，生產成本顯著下降,生產周期顯著縮短,便于大規模、批量化生產。

技術領域

本發明涉及光熱轉換、光學器件技術領域，具體涉及一種可見到紅外波段的寬帶吸收器及制備方法。

背景技術

隨著現代科學技術的迅猛發展，寬帶完美吸收體一直以來都是科技領域的熱點課題,尤其是可見光紅外波段寬帶吸收因其在太陽能采集、紅外探測、信息傳感、光熱利用等眾多領域的重要應用需求更是受到了人們的廣泛關注。

近年來，人們設計了各種各樣的吸波結構，例如，平面金屬/介質結構、反射金屬光柵結構、超材料結構和基于表面等離激元的結構。基于等離激元超構材料體系實現全吸收的方案有很多,金屬顆粒-介質層-金屬層超構材料體系是實現超吸收的典型結構之一。與傳統方法相比,該體系具有亞波長特性,一般體系的整體厚度只有工作波長的幾百分之一。但這種結構一般工作波段較窄。另外超材料結構和表面等離激元的新型吸波結構憑借近乎完美的吸收效率、隨角度偏振不敏感、結構單元小、質量輕等特性，在設計選擇性熱發射器，生物傳感器和太陽能收集系統等領域具有很大的潛在應用價值。但是，此類吸收體的結構復雜，制備繁瑣，在實際應用中很難大面積生產。所以，設計結構簡單，易于制備，低成本的高效寬譜吸波結構仍是該領域的一大挑戰。

發明內容

本發明公開了一種可見到紅外波段的寬帶吸收器及制備方法,大面積,價格低廉,簡單可控。

本發明是以如下技術方案實現的：一種可見到近紅外寬帶吸收器，包括基片，在所述基片上從下到上依次設有聚苯乙烯小球單層膜層以及由金屬吸收層和非金屬介質層相互交替構成的交替膜層，金屬介質層靠近底部聚苯乙烯小球單層膜層；所述金屬吸收層由一個或多個金屬吸收層單元組成，所述非金屬介質層由一個或多個金屬吸收層單元組成，交替膜層的形狀和尺寸會隨著沉積傾斜角和方位旋轉角的調控。

優選的，所述基片采用硅晶片或玻璃片制作。

優選的，所述聚苯乙烯小球單層膜層中小球的直徑≦1000nm。

優選的，所述金屬吸收層采用銀制作。

優選的，所述非金屬介質層的采用二氧化硅制作。

優選的，所述金屬吸收層和非金屬介質層的厚度為10nm-30nm。

一種上述任一所述的可見到近紅外寬帶吸收器制備方法，具體步驟如下：

(1)根據吸收帶寬要求和吸收率的要求，通過優化設計得出各層膜的厚度；

(2)配制洗液清洗基片，然后用去離子水沖洗干凈，氮氣吹干，固定在真空沉積室中；

(3)濃度為聚苯乙烯球水溶液與無水乙醇均勻混合,比例為1：1,并超聲20分鐘，將混合液滴于液面后沉降于經過步驟(2)處理的基片上并烘干,形成聚苯乙烯小球單層膜層；

(4)在壓力小于1×10^-6Torr的真空沉積室中，通過電子束蒸發，在步驟(3)的基片上，先以0.1nm/s的速度沉積金屬吸收層和非金屬介質層，且旋轉基片使其法線與沉積方向夾角為75°-85°，每個金屬吸收層和非金屬介質層單元的樣品臺方位旋轉角可以調控。

優選的，步驟(2)中所述洗液采用體積比為8:2的98％硫酸和30％雙氧水的混合溶液，或者體積比為5:1:1的去離子水、過氧化氫、氫氧化銨的混合溶液。