[发明专利]一种可见到红外波段宽带吸收器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可见到红外宽带吸收器及其制备方法。该吸收器包括基片，在所述基片上从下到上依次设有聚苯乙烯小球单层膜层以及由金属吸收层和非金属介质层相互交替构成的交替膜层，金属介质层靠近底部聚苯乙烯小球单层膜层；所述金属吸收层由一个或多个金属吸收层单元组成，所述非金属介质层由一个或多个金属吸收层单元组成。该吸收器具有吸收效率高、工作波段宽；工艺简单、成本低廉、可大面积制备等一系列优点。本发明的吸收器是紧凑的多层薄膜结构,相比于传统的宽带吸收器，生产成本显著下降,生产周期显著缩短,便于大规模、批量化生产。

技术领域

本发明涉及光热转换、光学器件技术领域，具体涉及一种可见到红外波段的宽带吸收器及制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的迅猛发展，宽带完美吸收体一直以来都是科技领域的热点课题,尤其是可见光红外波段宽带吸收因其在太阳能采集、红外探测、信息传感、光热利用等众多领域的重要应用需求更是受到了人们的广泛关注。

近年来，人们设计了各种各样的吸波结构，例如，平面金属/介质结构、反射金属光栅结构、超材料结构和基于表面等离激元的结构。基于等离激元超构材料体系实现全吸收的方案有很多,金属颗粒-介质层-金属层超构材料体系是实现超吸收的典型结构之一。与传统方法相比,该体系具有亚波长特性,一般体系的整体厚度只有工作波长的几百分之一。但这种结构一般工作波段较窄。另外超材料结构和表面等离激元的新型吸波结构凭借近乎完美的吸收效率、随角度偏振不敏感、结构单元小、质量轻等特性，在设计选择性热发射器，生物传感器和太阳能收集系统等领域具有很大的潜在应用价值。但是，此类吸收体的结构复杂，制备繁琐，在实际应用中很难大面积生产。所以，设计结构简单，易于制备，低成本的高效宽谱吸波结构仍是该领域的一大挑战。

发明内容

本发明公开了一种可见到红外波段的宽带吸收器及制备方法,大面积,价格低廉,简单可控。

本发明是以如下技术方案实现的：一种可见到近红外宽带吸收器，包括基片，在所述基片上从下到上依次设有聚苯乙烯小球单层膜层以及由金属吸收层和非金属介质层相互交替构成的交替膜层，金属介质层靠近底部聚苯乙烯小球单层膜层；所述金属吸收层由一个或多个金属吸收层单元组成，所述非金属介质层由一个或多个金属吸收层单元组成，交替膜层的形状和尺寸会随着沉积倾斜角和方位旋转角的调控。

优选的，所述基片采用硅晶片或玻璃片制作。

优选的，所述聚苯乙烯小球单层膜层中小球的直径≦1000nm。

优选的，所述金属吸收层采用银制作。

优选的，所述非金属介质层的采用二氧化硅制作。

优选的，所述金属吸收层和非金属介质层的厚度为10nm-30nm。

一种上述任一所述的可见到近红外宽带吸收器制备方法，具体步骤如下：

(1)根据吸收带宽要求和吸收率的要求，通过优化设计得出各层膜的厚度；

(2)配制洗液清洗基片，然后用去离子水冲洗干净，氮气吹干，固定在真空沉积室中；

(3)浓度为聚苯乙烯球水溶液与无水乙醇均匀混合,比例为1：1,并超声20分钟，将混合液滴于液面后沉降于经过步骤(2)处理的基片上并烘干,形成聚苯乙烯小球单层膜层；

(4)在压力小于1×10^-6Torr的真空沉积室中，通过电子束蒸发，在步骤(3)的基片上，先以0.1nm/s的速度沉积金属吸收层和非金属介质层，且旋转基片使其法线与沉积方向夹角为75°-85°，每个金属吸收层和非金属介质层单元的样品台方位旋转角可以调控。

优选的，步骤(2)中所述洗液采用体积比为8:2的98％硫酸和30％双氧水的混合溶液，或者体积比为5:1:1的去离子水、过氧化氢、氢氧化铵的混合溶液。