[發明專利]一種超材料近紅外寬帶吸收器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210142662.7
• 申請日: 2022-02-16
• 公開（公告）號: CN114545537A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 宋云飛;陳溢杭;董劍楠;許海霞
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B1/00;G03F7/00;C23C14/04;C23C14/06;C23C14/08;C23C14/10;C23C14/16;C23C14/18;C23C14/30;C23C14/35;C23C14/46
• 代理公司: 廣州駿思知識產權代理有限公司 44425
• 代理人: 葉瓊園

本發明涉及一種超材料近紅外寬帶吸收器及其制備方法。所述超材料近紅外寬帶吸收器包括襯底以及自下而上依次覆蓋于所述襯底上方的金屬底層、中部介質層、金屬微結構層以及頂部介質層，所述金屬微結構層由多個金屬微結構周期性陣列排布構成，結合金屬底層和中部介質層，形成金屬?介質?金屬結構，金屬圖形表面形成局域表面等離子體共振，同時與金屬底層、中部介質層之間形成磁諧振，在共振耦合的作用下，在1000～3000nm的波段實現了完美吸收，且頂部介質層的設置可有效地將倏逝波攜帶的能量限制在結構體內，減小結構的反射；金屬微結構相對簡單，可以實現大面積的制備，制作成本低廉，在對紅外隱身、紅外探測等領域的研究具有重要的參考價值。

技術領域

本發明涉及紅外吸收器技術領域，特別是涉及一種超材料近紅外寬帶吸收器及其制備方法。

背景技術

超材料是一種人工設計制造的具有周期性結構的復合材料，超材料吸收器是超材料領域的一個重要研究分支，在傳感器、濾波器、紅外隱身、光電探測、太陽能光伏等領域有著重要的應用。2008年，Landy等人首次在(《Physical Review Letters》，第100卷，第207402頁)提出了一種由金屬裂環諧振器和金屬線組成的單頻完美吸收器，在該結構中，通過諧振環和底層金屬層產生的電磁共振與入射電磁波的耦合，在11.5GHz附近實現了99％的完美吸收。在此之后，根據Landy的設計理念，Tao等人(《Physical Review B》，第78卷,第241103頁)通過改變單元結構形狀和優化結構參數，再次在1.6THz處實現了吸收率為99.9％的近完美吸收。但是由于微納加工技術的限制，吸收器的波段都停留在微波和太赫茲波段。2010年，Cui等人設計實現了一種近紅外波段窄帶吸收器(《NANO LETTERS》,第10卷，第2342-2348頁)，該吸收器采用經典的MIM(金屬-介質-金屬)結構，上層四方晶格金圓盤，中間層為氟化鎂薄膜，底層為金薄膜，阻止光的透過，在波長1.6μm處的反射幾乎為零，實現了近乎99％的近完美吸收。此后，基于MIM結構的可見光，近紅外波段的吸收器有很多，但是大多吸收器的吸收都為單峰或多峰吸收，要想實現一個寬范圍的連續高吸收是困難的。想要實現寬范圍的連續高吸收，現如今最常用的做法便是基于MIM結構，通過在單位元胞內集合多個尺寸的微結構，實現多個頻段的共振耦合，從而實現寬波段的吸收。但是隨著微結構形貌，尺寸設計越來越復雜，對于吸收器的制備成本也隨之增加，同時納米級的復雜的幾何結構制備，需要用到納米印刷及光刻等高成本的技術，且制備效率較低。

綜上所述，如何實現在吸收器在近紅外波段更寬范圍的完美吸收，并且解決寬帶吸收器結構設計越來越復雜化，制備成本逐漸增加的現狀仍然是當前科學與技術領域的一個難題。因此，設計一種結構簡單，可大面積制備并且工藝廉價的近紅外光譜范圍完美光吸收器對于解決現有研究中吸收器帶寬窄，吸收率低和制備成本高昂等問題具有非常重要的現實意義和應用價值。

發明內容

基于此，本發明的目的在于解決現有技術中至少一個技術問題，提供一種超材料近紅外寬帶吸收器，其具有結構簡單、工藝廉價且吸收率高的優點。

一種超材料近紅外寬帶吸收器，其包括襯底以及自下而上依次覆蓋于所述襯底上方的金屬底層、中部介質層、金屬微結構層以及頂部介質層，所述金屬微結構層由多個金屬微結構按照六方晶格周期性陣列排布構成。

本發明實施例所述超材料近紅外寬帶吸收器，其通過設置周期性陣列排布的金屬微納米結構，結合金屬底層和中部介質層，形成金屬-介質-金屬結構，金屬圖形表面形成局域表面等離子體共振，同時與金屬底層、中部介質層之間形成磁諧振，在共振耦合的作用下，在1000～3000nm的波段實現了完美吸收，平均吸收率高達98％以上，并且在2000nm的波長范圍內，均可以達到較高的吸收率，并且可以通過微調吸收器結構參數，實現吸收波段的移動。