CN115639633A

CN115639633A - 一种可见光近红外超材料吸波体

Info

Publication number: CN115639633A
Application number: CN202211131810.1A
Authority: CN
Inventors: 阮久福; 涂建云; 王铎霖; 朱大伟; 孟子凡
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2022-09-16
Filing date: 2022-09-16
Publication date: 2023-01-24

Abstract

本发明公开了一种可见光近红外超材料吸波体，该吸波体包括M×N个单元，其中，M、N均为大于等于2的正整数；每个单元由谐振层、介质层和金属底层组成；谐振层为二维材料Ti₃C₂T_x构成的图案，介质层和金属底层均为无图案的一整层材料。本发明提出的可见光近红外超材料吸波体在较宽的吸收频带内吸收率达到99％从而实现完美吸收，并且在该吸收频带内吸收率保持不变，吸收频带呈平顶特性。此外，本发明提供的吸波体的周期对加工误差具有较好的容忍度。

Description

一种可见光近红外超材料吸波体

技术领域

本发明涉及光电器件技术领域，特别是涉及一种可见光近红外超材料吸波体。

背景技术

可见光近红外吸波体在储能、光伏能量转换等方面有着重要的应用。为了提高储能及吸收效率，吸收率和吸收带宽对于可见光近红外吸波体是两个非常重要的技术指标。超材料吸波体因其能够达到完美吸收(即超过99％、接近于100％的吸收率)的特性备受关注，但是它固有的吸收带宽很窄。虽然研究者也提出了一些方法拓展吸收带宽，但在目前所报道的可见光近红外超材料吸波体中，大多数宽带吸收只是在90％以上的宽带，而接近100％的吸收带宽仍然很窄。此外，目前报道的可见光近红外超材料吸波体，它们的周期对吸收性能的影响比较大，当周期改变时候吸收吸能会发生较大的变化。

基于上述问题，如何设计可见光近红外超材料吸波体，使其在较宽的吸收频带能能够实现完美吸收，并且在不同周期下保持吸收性能不变，成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种可见光近红外超材料吸波体，其特征在于：所述吸波体为周期性结构，包括M×N个单元，相邻单元无间距，M、N均为大于等于2的正整数；

所述单元为三层结构；沿着波入射方向，依次为谐振层、介质层和金属底层；

所述各层的横截面均为正方形；所述谐振层的中心与所述介质层和金属底层的中心的连线垂直于所述谐振层、所述介质层和金属底层；

所述谐振层的材料为二维材料Ti₃C₂T_x；

所述谐振层由图案构成；所述介质层和金属底层为无图案的一整层材料；

所述谐振层由位于中心的正方形贴片和围绕在正方形贴片周围的四个条形贴片构成；所述谐振层的边长等于所述正方形贴片的边长与2倍的所述条形贴片的宽度之和。

可选的，所述谐振层的厚度为30-50nm。

可选的，所述介质层的材料为硅、二氧化硅或三氧化二铝中的任意一种，厚度为100-150nm。

可选的，所述金属底层的材料为金或银中的任意一种，厚度为20-50nm。

可选的，所述单元的边长为300-600nm。

可选的，所述正方形贴片的边长为160-500nm。

可选的，所述条形贴片的长度为100-300nm，宽度为50-70nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种可见光近红外超材料吸波体，该吸波体在626-963nm波长范围内的吸收率高于90％，在693-897nm波长范围内吸收率均达到99％实现完美吸收；另外在693-897nm波长范围内吸收率保持不变，吸收频带呈平顶状；该吸波体在周期即单元的边长发生变；该吸波体在周期即单元的边长发生变化时，吸波性能变化很小，即该吸波体的周期对加工误差具有较好的容忍度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例可见光近红外超材料吸波体单个单元的结构示意图；

图2为本发明实施例可见光近红外超材料吸波体单个单元的侧视图；

图3为本发明实施例可见光近红外超材料吸波体单个单元的谐振层结构示意图；

图4为本发明实施例可见光近红外超材料吸波体吸收响应图；

图5为本发明实施例可见光近红外超材料吸波体不同周期的吸收响应图。

其中，1、谐振层，2、介质层，3、金属底层，4、正方形贴片，5、条形贴片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种可见光近红外超材料吸波体，所述吸波体为周期性结构，由M×N个相同的单元组成，相邻单元间无间距，M、N均为大于等于2的整数。

图1为本发明实施例可见光近红外超材料吸波体单个单元的结构示意图；图2为本发明实施例可见光近红外超材料吸波体单个单元阵列的侧视图。如图1和图2所示，本发明实施例所述吸波体的单元为三层结构，分别为谐振层1、介质层2和金属底层3。每一层的横截面均为正方形。谐振层1的中心与介质层2和金属底层3的中心的连线垂直于谐振层1、所述介质层2和金属底层3。在本实施例中，谐振层1的材料为二维材料Ti₃C₂T_x，厚度h₁为30nm；介质层2的材料为二氧化硅，其厚度h₂为100nm；金属底层3的材料为金，其厚度h₃为20nm。谐振层1由图案构成；所述介质层2和金属底层3为无图案的一整层材料。

图3为本发明实施例可见光近红外超材料吸波体单个单元的谐振层结构示意图。如图3所示，所述谐振层1由位于中心的正方形贴片4和围绕在正方形贴片周围的四个条形贴片5构成；所述谐振层的边长P等于所述正方形贴片4的边长d与2倍的所述条形贴片的宽度w之和，即P＝d+2w。本实施例中所述单个传输单元的边长P为600nm；所述正方形贴片4的边长d为500nm；条形贴片5的长度l为300nm，宽度w为50nm。

图4为本发明实施例可见光近红外超材料吸波体吸收响应图。从图中可以看出，该吸波体在626-963nm波长范围内的吸收率高于90％，在693-897nm范围内达到99％，实现完美吸收。另外在693-897nm波长范围内吸收率保持不变，吸收频带呈平顶状。

图5为本发明实施例可见光近红外超材料吸波体在不同周期时的吸收响应。从图中可以看出，该吸波体在周期即单元边长发生变化时，吸波性能基本保持不变。

本实施例中的可见光近红外超材料吸波体，在626-963nm波长范围内的吸收率高于90％，在693-897nm波长范围内吸收率高达99％，该吸波体具有很宽的吸收频带，且实现完美吸收(达99％的吸收率)的频带也较宽。另外，在693-897nm波长范围内吸收率保持不变，吸收频带呈平顶状；其周期发生变化时，吸波性能基本保持不变，即对周期的加工误差具有较好的容忍度。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种可见光近红外超材料吸波体，其特征在于：所述吸波体为周期性结构，包括M×N个单元，相邻单元无间距，M、N均为大于等于2的正整数；

所述单元为三层结构，沿着波入射方向，依次为谐振层、介质层和金属底层；

所述谐振层的材料为二维材料Ti₃C₂T_x；

2.根据权利要求1所述的可见光近红外超材料吸波体，其特征在于，所述谐振层的厚度为30-50nm。

3.根据权利要求1所述的可见光近红外超材料吸波体，其特征在于，所述介质层的材料为硅、二氧化硅或三氧化二铝中的任意一种，厚度为100-150nm。

4.根据权利要求1所述的可见光近红外超材料吸波体，其特征在于，所述金属底层的材料为金或银中的任意一种，厚度为20-50nm。

5.根据权利要求1所述的可见光近红外超材料吸波体，其特征在于，所述单元的边长为300-600nm。

6.根据权利要求1所述的可见光近红外超材料吸波体，其特征在于，所述正方形贴片的边长为160-500nm。

7.根据权利要求1所述的可见光近红外超材料吸波体，其特征在于，所述条形贴片的长度为100-300nm，宽度为50-70nm。