[发明专利]基于Mxene的宽频和广角完美吸收体及其制备方法

说明书

本发明实施例提供一种基于Mxene的宽频和广角完美吸收体及其制备方法，所述完美吸收体为设在基底上的多层结构，所述多层结构从下至上依次为Mxene背板层、间隔层和金纳米颗粒层。本发明实施例提供的基于Mxene的宽频和广角完美吸收体，通过采用特定的Mxene背板层‑间隔层‑金纳米颗粒层的结构，可以实现在300～1800nm波长范围内吸光度大于90％，且不依赖入射光角度。本发明实施例提供的该完美吸收体的制备方法简便快速，均采用旋涂或滴涂溶液的方式进行制备，易于调控，可保证产品质量且降低生产成本，利于该完美吸收体的推广应用。

技术领域

本发明涉及光学材料领域，尤其涉及一种基于Mxene的宽频和广角完美吸收体及其制备方法。

背景技术

电磁波的完美吸收在光化学中有着非凡的应用，尤其是在等离激元诱导的热电子的产生和注入方面，对化学反应有极大的促进作用，同样，它可以在通信系统中以非常低的能耗实现高光调制和信息信号的超快速切换。电磁屏蔽，热光伏电池，光电检测和许多其他重要应用高度依赖于电磁波的完美吸收。

人造结构材料或超材料由于其与自由空间的阻抗匹配以及谐振时的介电损耗而在宽范围内获得了完美的光吸收。尽管它显示出高吸收效率，但是光刻的制造方式、低通量和昂贵的技术阻碍了基于超材料的器件的广泛应用。因此，在大多数光学器件中，强烈需要一种简便且经济有效的完美吸收体。

发明内容

本发明实施例提供一种基于Mxene的宽频和广角完美吸收体及其制备方法，通过特定构造使吸收体在宽频和广角范围内实现完美吸收，且制备方法简单，易于推广应用。

本发明实施例提供一种基于Mxene的宽频和广角完美吸收体，为设在基底上的多层结构，所述多层结构从下至上依次为Mxene背板层、间隔层和金纳米颗粒层。

其中，所谓的从下至上是以基底为参照的，即最靠近基底的为Mxene背板层。

Mxene是一种新型二维材料，由几个原子层厚度的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成，在催化、能源存储器件等方面有部分应用，在吸收体领域应用较少。即使有少数报道将Mxene用于制备吸收体，采用的方案有Ag/MXene/TiO₂三元复合材料、Fe₂O₃@MXene复合粉末，但这些方案吸收效率仍有待提高。

本发明经过研究意外地发现，以Mxene为背板层，在其上形成间隔层和金纳米颗粒层，构成特定的金属-绝缘/半导体-金属结构，在谐振波长处，在金纳米颗粒层和Mxene层上下两层形成反向平行的电流，形成磁偶极子，磁偶极子与入射电磁波的磁场分量发生相互作用而产生磁共振，加之金纳米颗粒的表面等离激元共振和光学谐振腔场增强效应，使吸收体可以在宽频和广角范围内实现完美吸收，明显优于现有的吸收体。

根据本发明实施例提供的基于Mxene的宽频和广角完美吸收体，所述Mxene背板层的厚度为100～500nm；所述间隔层的厚度为10～100nm；所述金纳米颗粒层为单层随机排列的不同形状和大小的金纳米颗粒，所述金纳米颗粒的粒径为20～100nm。

该吸收体结构的每一层的厚度对最终吸收效果存在一定影响，当各层厚度控制在上述范围内时，所得完美吸收体吸收效果较佳。

根据本发明实施例提供的基于Mxene的宽频和广角完美吸收体，所述金纳米颗粒层覆盖所述间隔层的覆盖率为65～85％。

根据本发明实施例提供的基于Mxene的宽频和广角完美吸收体，所述间隔层为绝缘体或半导体，选用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、二氧化钛或二氧化硅，优选为聚甲基丙烯酸甲酯。

根据本发明实施例提供的基于Mxene的宽频和广角完美吸收体，所述基底为SiO₂/Si基底。