[发明专利]基于金属薄膜-核壳等离子体结构的宽带完美吸收体

说明书

本发明提供一种基于金属薄膜‑核壳等离子体结构的宽带完美吸收体，包括基底；其是设置在基底之上的多层结构，从基底往上依次为金属膜层和核壳纳米颗粒薄膜层，所述核壳纳米颗粒薄膜层由具有局域表面等离子体共振特性的核壳颗粒组成，所述核壳颗粒是以贵金属为核、半导体为壳而构成。本发明还提供所述宽带完美吸收体的制备方法。本发明提出的吸收体结构简单，基底可选，且金属薄膜可为金、银、铜薄膜等，利用液‑液界面自组装成膜，操作方便，面积可控，适用于多种贵金属与半导体的复合物，且制作成本较低。

技术领域

本发明属于光学材料领域，具体涉及一种完美吸收材料及其制备方法。

背景技术

光的吸收效率是一些设备的核心问题，比如，太阳能电池、光电探测器、成像传感器、生物传感器等，但自然材料具有弱吸收或强烈的反射，并且在可见光谱范围内响应较差，具有金属元素的完美吸收体已经被制造出来，如：多孔金属膜；光栅结构系统和超材料等，通过电磁共振现象实现了结构在共振波长处既没有反射(反射率接近0)也没有透射(透射率为0)，从而根据吸收A＝1-R-T(其中A代表吸收率，R代表反射率，T代表透射率)的定义可以得到吸收率A接近100％的完美吸收，但是，采用自上而下的光刻技术，造价昂贵且缺少灵活性，限制了大面积制造以及在可见光谱范围内的响应。

众所周知，金属纳米颗粒由于局域表面等离子体共振而表现出很强的吸收峰。在过去十几年里，纳米金属颗粒嵌入在不同的环境介质中表现的共振现象引起了广泛的研究，共振带的宽度取决于纳米颗粒的大小、形状、密度以及分布，事实上，高密度的纳米颗粒复合物在可见光照射下由于纳米颗粒间产生的表面等离激元耦合效应而表现较宽的吸收。

贵金属纳米粒子的等离子体共振可以显著增强半导体的可见光响应。最近，宽带等离子体吸收体被报道，大多有三明治结构，即金属-介质层(半导体或绝缘材料)-金属，但这些器件制造大部分也是采用自上而下的技术，过程繁琐，造价昂贵。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的之一在于提供一种基于金属薄膜-核壳等离子体结构的宽带完美吸收体，其中的核壳等离子体为具有表面等离子体共振特性的核壳纳米粒子组装而成的薄膜。

本发明的另一目的是提出所述宽带完美吸收体的制备方法。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种基于金属薄膜-核壳等离子体结构的宽带完美吸收体，包括基底；是设置在基底之上的多层结构，从基底往上依次设置金属膜层和核壳纳米颗粒薄膜层，所述核壳纳米颗粒薄膜层由具有局域表面等离子体共振特性的核壳颗粒组成，所述核壳颗粒是以贵金属为核、半导体为壳而构成。

其中的核壳纳米颗粒薄膜层包括以贵金属颗粒为核，半导体为壳，形成球形核壳结构，每个颗粒连续排列形成薄膜。所述等离子体核壳纳米颗粒材料可以选择，大小可以选择，厚度可以选择。

可选地，所述核壳纳米颗粒薄膜层的厚度大于或等于50纳米。

可选地，所述基底的材料为硅片、玻璃、石英、ITO中的至少一者。

优选地，所述金属膜层的厚度为100纳米～1微米，所述金属膜层的材质为贵金属，选自金、铂、银、铜中的一种或多种；所述金属膜层通过铬膜层粘合在基底上，所述铬膜层的厚度为5～20纳米。

其中，所述核壳颗粒中，所述贵金属选自金、铂、银、铜中的一种，所述半导体为金属氧化物，选自ZnO、CdO、TiO₂、Al₂O₃、SnO、Cu₂O、CuO、NiO、CoO、Fe₂O₃、Cr₂O₃中的一种。