超寬波段近紅外吸收器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種超寬波段近紅外吸收器，包括：一襯底；在所述襯底上沉積的厚度不小于100納米的第一金屬膜層；在所述第一金屬膜層上排列的混合有不同尺寸和/或不同材料的單層介質(zhì)球陣列；在所述單層介質(zhì)球陣列上沉積的第二金屬膜層。本發(fā)明專利技術(shù)的超寬波段近紅外吸收器對大角度入射的超寬頻段近紅外電磁波具有完美的吸收效果，并且對近紅外電磁波的偏振特性不敏感。本發(fā)明專利技術(shù)的超寬波段近紅外吸收器具有制作工藝簡單、成本低、可重復性高和可大面積生產(chǎn)的優(yōu)點，在電磁能量探測、吸收和轉(zhuǎn)換等領域具有很大的應用前景。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種超寬波段近紅外吸收器，具體地說是一類新型的超寬波段的近紅外電磁波完美吸收結(jié)構(gòu)，可用于近紅外電磁波吸收、探測以及熱輻射儀等領域。
技術(shù)介紹
傳統(tǒng)的近紅外電磁波人工電磁材料(Meta materials)完美吸收器是基于一種單一尺寸等離子體諧振結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的單一頻段的共振吸收，以及基于兩種及以上不同尺寸的復雜等離子體諧振結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的兩個及以上分立頻段的共振吸收。這類吸收器結(jié)構(gòu)設計復雜、尺寸面積有限且制作成本高，使得這類吸收器難以有效推廣應用。目前研究者通過組合不同共振頻段的共振單元以獲得多個吸收頻帶從而展寬吸收帶寬，但卻進一步增加了制作工藝的難度和降低了生產(chǎn)的可重復性，限制了此類吸收器的實用性。有效的近紅外完美吸收器必須同時具有足夠?qū)挼奈詹ǘ巍嵌炔幻舾泻蛯ζ癫幻舾械奶匦裕渲袑挼奈?收波段一直是研究者追求的重點也是現(xiàn)實應用的內(nèi)在要求。局限于此類吸收器是基于內(nèi)在的窄帶局域等離子體共振吸收特性，繼續(xù)開發(fā)和探索新型寬波段且低成本大面積的近紅外吸收器已成為實現(xiàn)器件規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的要求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
專利技術(shù)目的針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本專利技術(shù)的目的是提供一種工藝制作技術(shù)要求低、成本低、高可重復性和可大面積生產(chǎn)的超寬波段近紅外吸收器，達到寬帶、大角度范圍和偏振無關(guān)三個技術(shù)參數(shù)同時滿足的超寬波段近紅外的完美吸收，即結(jié)構(gòu)的反射能量和透射能量幾乎為零。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為一種超寬波段近紅外吸收器，包括一襯底；在所述襯底上沉積的厚度不小于100納米的第一金屬膜層；在所述第一金屬膜層上排列的混合有不同尺寸和/或不同材料的單層介質(zhì)球陣列；在所述單層介質(zhì)球陣列上沉積的第二金屬膜層。通過改變介質(zhì)球的材料特性和幾何尺寸以及混合的比率，可以實現(xiàn)所需波段的近紅外超寬帶完美吸收。進一步的，所述襯底的材料為玻璃、石英或硅片。進一步的，所述第一金屬膜層和第二金屬膜層的材料為金或銀。進一步的，所述介質(zhì)球的材料為聚苯乙烯或二氧化硅。進一步的，所述介質(zhì)球的直徑為800納米至1600納米。進一步的，所述單層介質(zhì)球陣列為沿水平方向排列的陣列，由于球本身的高度對稱性以及混排陣列的結(jié)構(gòu)，本超寬波段近紅外吸收器適用于大入射角和不同偏振角度近紅外電磁波的吸收。進一步的，所述第二金屬膜層的厚度為8納米至50納米。進一步的，所述第二金屬膜層為半球形殼，第二金屬膜層的厚度基于鍍膜時間以及鍍膜環(huán)境所決定，第二金屬膜層厚度調(diào)制吸收強度和吸收帶寬。進一步的，所述第二金屬膜層垂直沉積在單層介質(zhì)球陣列上。有益效果本專利技術(shù)的超寬波段近紅外吸收器具有易于加工、成本低、可大面積制作和容易集成等優(yōu)點；本專利技術(shù)的超寬波段近紅外吸收器具有超寬頻段特性，在紅外探測、紅外成像以及熱輻射器等領域具有廣闊的應用前景；本專利技術(shù)的超寬波段近紅外吸收器對于大角度斜入射和不同偏振特性的紅外電磁波都具有完美的吸收效果，在實際應用中，復雜的電磁環(huán)境，斜入射比正入射波更加普遍，不同偏振電磁波比同一偏振電磁波更加普遍，因此本專利技術(shù)能很好地適應復雜的電磁環(huán)境。附圖說明圖I為本專利技術(shù)的一種結(jié)構(gòu)掃描電子顯微鏡圖，其中介質(zhì)球的材料為聚苯乙烯，直徑為1080納米和1570納米，兩種介質(zhì)球的混合體積比率為1:1;圖2為實例I中超寬波段近紅外吸收器在近紅外波微弱角度8度入射下的實驗結(jié)果;圖3為實例2中超寬波段近紅外吸收器在近紅外波微弱角度8度入射下的實驗結(jié)果;圖4為實例3中超寬波段近紅外吸收器在近紅外波微弱角度8度入射下的實驗結(jié)果;圖5為實例4中超寬波段近紅外吸收器在近紅外波微弱角度8度入射下的實驗結(jié)果;圖6為實例5中超寬波段近紅外吸收器在近紅外波微弱角度8度入射下的實驗結(jié)果;圖7為實例6中超寬波段近紅外吸收器在近紅外波微弱角度8度入射下的實驗結(jié)果O具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本專利技術(shù)，應理解這些實施例僅用于說明本專利技術(shù)而不用于限制本專利技術(shù)的范圍，在閱讀了本專利技術(shù)之后，本領域技術(shù)人員對本專利技術(shù)的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。實施例I參見圖1，本實施例選用兩種單分散的聚苯乙烯微球(即介質(zhì)球)，其直徑為1080納米和1570納米，混合體積比率為I :1 ;首先在石英襯底上采用氬離子濺射鍍膜的方法沉積一層厚度為100納米的金膜；其次，在此金膜襯底上自組裝二維混合排列的介質(zhì)球陣列；然后采用氬離子濺射鍍膜的方法在此二維介質(zhì)球陣列表面直接沉積一層厚度為13納米的金膜；參見圖2，實驗結(jié)果顯示超寬波段近紅外吸收器在波長I. 497微米、I. 735微米和2. 139微米處分別呈現(xiàn)99. 7%、98· 1%和98. 7%的吸收率；在波長處于1.36微米到I. 301微米之間的超寬波段中，吸收率均超過90%，達到一個超寬光譜的近完美吸收。實施例2本實施例選用兩種單分散的聚苯乙烯微球，其直徑為1080納米和1570納米，混合體積比率為I :1 ;首先在石英襯底上采用氬離子濺射鍍膜的方法沉積一層厚度為100納米的金膜；其次，在此金膜襯底上自組裝二維混合排列的介質(zhì)球陣列。然后采用氬離子濺射鍍膜的方法在此二維介質(zhì)球陣列表面直接沉積一層厚度為16納米的金膜；參見圖3，實驗結(jié)果顯示超寬波段近紅外吸收器在波長I. 486微米、I. 731微米和2. 089微米處分別呈現(xiàn)98. 9%,98. 8%和98. 5%的吸收率；在波長處于I. 36微米到I. 219微米之間的超寬波段中，吸收率均超過90%，達到一個超寬光譜的近完美吸收。 實施例3本實施例選用兩種單分散的聚苯乙烯微球，其直徑為1080納米和1570納米，混合體積比率為I :1 ;首先在玻璃襯底上采用氬離子濺射鍍膜的方法沉積一層厚度為100納米的金膜；其次，在此金膜襯底上自組裝二維混合排列的介質(zhì)球陣列。然后采用氬離子濺射鍍膜的方法在此二維介質(zhì)球陣列表面直接沉積一層厚度為20納米的金膜；參見圖4，實驗結(jié)果顯示超寬波段近紅外吸收器在波長I. 467微米、I. 754微米和2. 056微米處分別呈現(xiàn)97. 5%,98. 8%和98. 7%的吸收率；在波長處于I. 36微米到I. 221微米之間的超寬波段中，吸收率均超過90%，達到一個超寬光譜的近完美吸收。實施例4本實施例選用兩種單分散的聚苯乙烯微球，其直徑為1080納米和1570納米，混合體積比率為I :1 ;首先在硅片襯底上采用氬離子濺射鍍膜的方法沉積一層厚度為100納米的金膜；其次，在此金膜襯底上自組裝二維混合排列的介質(zhì)球陣列。然后采用氬離子濺射鍍膜的方法在此二維介質(zhì)球陣列表面直接沉積一層厚度為8納米的金膜；參見圖5，實驗結(jié)果顯示超寬波段近紅外吸收器在波長I. 531微米和2. 262微米處分別呈現(xiàn)98. 2%和99. 2%的吸收率。實施例5本實施例選用兩種單分散的聚苯乙烯微球，其直徑為1080納米和1570納米，混合體積比率為2 1 ;首先在石英襯底上采用氬離子濺射鍍膜的方法沉積一層厚度為100納米的金膜；其次，在此金膜襯底上自組裝二維混合排列的介質(zhì)球陣列。然后采用氬離子濺射鍍膜的方法在此二維介質(zhì)球陣列表面直接沉積一層厚度為13納米的金膜；參見圖6，實驗結(jié)果顯示在波長處于I. 36微米到2. 42微米之間的超寬波段中，吸收率均超過90%，達到一個超寬光譜的近本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種超寬波段近紅外吸收器，包括：一襯底；在所述襯底上沉積的厚度不小于100納米的第一金屬膜層；在所述第一金屬膜層上排列的混合有不同尺寸和/或不同材料的單層介質(zhì)球陣列；在所述單層介質(zhì)球陣列上沉積的第二金屬膜層。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種超寬波段近紅外吸收器，包括 一襯底； 在所述襯底上沉積的厚度不小于100納米的第一金屬膜層； 在所述第一金屬膜層上排列的混合有不同尺寸和/或不同材料的單層介質(zhì)球陣列； 在所述單層介質(zhì)球陣列上沉積的第二金屬膜層。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述雙寬帶近紅外吸收器，其特征在于所述襯底的材料為玻璃、石英或硅片。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述雙寬帶近紅外吸收器，其特征在于所述第一金屬膜層和第二金屬膜層的材料為金或銀。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述雙寬帶近紅外吸收器，其特征在于所述介質(zhì)球的材料為聚苯乙烯或二氧化硅。5.根...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉正奇，王振林，
申請(專利權(quán))人：南京大學，
類型：發(fā)明
國別省市：