基于表面等离激元纳米颗粒的高效宽带吸收体

• 作 者: 吴雪彦
• 机 构: 太原理工大学
• 出 处: 太原理工大学
• 发表日期: 2016年01期
• 关键词: 吸波结构 表面等离激元 金属纳米颗粒 吸收效率 宽谱

吸波材料作为吸收电磁波的一类功能材料,在现代信息时代具有非常广泛的应用,尤其在太阳能电池、热光伏收集系统等领域,一个高效宽带的吸收体起到至关重要的作用。近年来,基于金属纳米颗粒的吸波结构因其高效的吸收率和新颖的吸收机理成为了研究热点。本文主要研究了一种基于表面等离激元纳米颗粒的吸波结构。本文通过对传统窄带吸收体金属-介质-金属结构的改良,把表面的金属膜换为了不同尺寸的金属纳米颗粒层,最终实现了宽谱吸收,这主要是因为不同尺寸的金属纳米颗粒激发了不同波段的表面等离激元共振。本文研究了不同金属纳米颗粒层厚度和不同介质层厚度对吸收性能的影响。具体规律为:当保持介质层厚度不变,样品的吸收率随金属纳米颗粒层厚度的增加呈先增加后又减小的趋势;当固定金属纳米颗粒层的厚度,增加介质层厚度时,其吸收峰和吸收谷向长波段移动。此外,本文研究了本底真空度对吸收性能的影响,当本底真空度较低时,样品的吸收率反而比高真空度条件下制备的高。通过对以上参数的调节,最终得到了最优的吸收结构,即在低本底真空度下,当金属纳米颗粒层的厚度为6 nm,介质层的厚度为80 nm时,在300~1100 nm波段范围内,样品的总吸收效率可以达到93%,且对角度不敏感。在理论方面,本文应用仿真软件COMSOL进行了模拟计算,当保持介质层厚度不变,只改变纳米颗粒层厚度时,得到了和实验结果基本一致的吸收规律。值得一提的是,该结构利用磁控溅射自由沉积所制备,方法简单,重复性好,在实际应用中有很大的潜力。本文也研究了具有多个周期的金属纳米颗粒层-介质结构的吸收体,当N=4时,样品的总吸收率为90%,且可以实现大角度吸收,在正入射时,样品对偏振不敏感。最后,总结了全文,并对未来的工作提出了展望。