[發(fā)明專利]基于Mxene的寬頻和廣角完美吸收體及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112147724B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王吉;王曉莉;唐智勇
• 申請（專利權(quán)）人: 國家納米科學(xué)中心
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B1/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 錢云

本發(fā)明實施例提供一種基于Mxene的寬頻和廣角完美吸收體及其制備方法，所述完美吸收體為設(shè)在基底上的多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)從下至上依次為Mxene背板層、間隔層和金納米顆粒層。本發(fā)明實施例提供的基于Mxene的寬頻和廣角完美吸收體，通過采用特定的Mxene背板層?間隔層?金納米顆粒層的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)在300～1800nm波長范圍內(nèi)吸光度大于90％，且不依賴入射光角度。本發(fā)明實施例提供的該完美吸收體的制備方法簡便快速，均采用旋涂或滴涂溶液的方式進行制備，易于調(diào)控，可保證產(chǎn)品質(zhì)量且降低生產(chǎn)成本，利于該完美吸收體的推廣應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)材料領(lǐng)域，尤其涉及一種基于Mxene的寬頻和廣角完美吸收體及其制備方法。

背景技術(shù)

電磁波的完美吸收在光化學(xué)中有著非凡的應(yīng)用，尤其是在等離激元誘導(dǎo)的熱電子的產(chǎn)生和注入方面，對化學(xué)反應(yīng)有極大的促進作用，同樣，它可以在通信系統(tǒng)中以非常低的能耗實現(xiàn)高光調(diào)制和信息信號的超快速切換。電磁屏蔽，熱光伏電池，光電檢測和許多其他重要應(yīng)用高度依賴于電磁波的完美吸收。

人造結(jié)構(gòu)材料或超材料由于其與自由空間的阻抗匹配以及諧振時的介電損耗而在寬范圍內(nèi)獲得了完美的光吸收。盡管它顯示出高吸收效率，但是光刻的制造方式、低通量和昂貴的技術(shù)阻礙了基于超材料的器件的廣泛應(yīng)用。因此，在大多數(shù)光學(xué)器件中，強烈需要一種簡便且經(jīng)濟有效的完美吸收體。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例提供一種基于Mxene的寬頻和廣角完美吸收體及其制備方法，通過特定構(gòu)造使吸收體在寬頻和廣角范圍內(nèi)實現(xiàn)完美吸收，且制備方法簡單，易于推廣應(yīng)用。

本發(fā)明實施例提供一種基于Mxene的寬頻和廣角完美吸收體，為設(shè)在基底上的多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)從下至上依次為Mxene背板層、間隔層和金納米顆粒層。

其中，所謂的從下至上是以基底為參照的，即最靠近基底的為Mxene背板層。

Mxene是一種新型二維材料，由幾個原子層厚度的過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物構(gòu)成，在催化、能源存儲器件等方面有部分應(yīng)用，在吸收體領(lǐng)域應(yīng)用較少。即使有少數(shù)報道將Mxene用于制備吸收體，采用的方案有Ag/MXene/TiO₂三元復(fù)合材料、Fe₂O₃@MXene復(fù)合粉末，但這些方案吸收效率仍有待提高。

本發(fā)明經(jīng)過研究意外地發(fā)現(xiàn)，以Mxene為背板層，在其上形成間隔層和金納米顆粒層，構(gòu)成特定的金屬-絕緣/半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)，在諧振波長處，在金納米顆粒層和Mxene層上下兩層形成反向平行的電流，形成磁偶極子，磁偶極子與入射電磁波的磁場分量發(fā)生相互作用而產(chǎn)生磁共振，加之金納米顆粒的表面等離激元共振和光學(xué)諧振腔場增強效應(yīng)，使吸收體可以在寬頻和廣角范圍內(nèi)實現(xiàn)完美吸收，明顯優(yōu)于現(xiàn)有的吸收體。

根據(jù)本發(fā)明實施例提供的基于Mxene的寬頻和廣角完美吸收體，所述Mxene背板層的厚度為100～500nm；所述間隔層的厚度為10～100nm；所述金納米顆粒層為單層隨機排列的不同形狀和大小的金納米顆粒，所述金納米顆粒的粒徑為20～100nm。

該吸收體結(jié)構(gòu)的每一層的厚度對最終吸收效果存在一定影響，當各層厚度控制在上述范圍內(nèi)時，所得完美吸收體吸收效果較佳。

根據(jù)本發(fā)明實施例提供的基于Mxene的寬頻和廣角完美吸收體，所述金納米顆粒層覆蓋所述間隔層的覆蓋率為65～85％。

根據(jù)本發(fā)明實施例提供的基于Mxene的寬頻和廣角完美吸收體，所述間隔層為絕緣體或半導(dǎo)體，選用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、二氧化鈦或二氧化硅，優(yōu)選為聚甲基丙烯酸甲酯。

根據(jù)本發(fā)明實施例提供的基于Mxene的寬頻和廣角完美吸收體，所述基底為SiO₂/Si基底。