CN116106997A - 一种等离激元吸收器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种等离激元光吸收器件及其制备方法，器件包括基体和附着在基体上的金属材料，基体上设置有若干周期性分布的通孔，金属材料包括附着于基体表面的金属膜和附着于基体通孔内壁的金属颗粒；金属颗粒分布于通孔内壁形成表面等离激元结构，等离激元结构通过局域等离激元耦合效应使光吸收器件在可见光波段具有光吸收；金属膜对红外光具有高反射。该器件工艺简单、质轻，具有优异的隐身性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学器件，尤其涉及一种等离激元光吸收器件及其制备方法。
背景技术
可见高吸收红外低发射的材料在许多应用方面具有很重要的意义。在可见光和近红外波段达到宽波段理想吸收的吸收体，其在太阳能收集、光伏转换、等方面的有着重要运用，如在太阳热转换系统中，应该尽可能多地吸收能量并且减小能量辐射耗散从而提高能量利用效率。由于其对可见波段部分的光谱全吸收，可见-近红外部分的高吸收材料也有望利用与可见部分的隐身。
对于不同波段提出了不同的要求：对于可见波段(0.38-0.78μm)，需要使得材料的反射率与周围物体的反射率尽可能一致，即同色同谱。传统的可见波段光探测器一方面可从图像化直观捕捉目标物体，这就要求材料的颜色需要与周围环境颜色尽可能一致。另一方面可从光谱的角度分析目标物体与环境物体之间的谱线差异，定量提取出二者之间的差异；对于红外波段(4-17μm)，现有常用的是利用热成像仪，探测物体本身发射的红外波长，利用斯特凡玻尔兹曼方程(P＝εδT4)：物体的辐射功率与物体的发射率以及温度的四次方成正比，转化为物体的表面温度，进而通过温度的差异可以捕捉目标物体。因此，为了实现红外隐身，一方面可以降低材料的表面温度，即物理降温或者在高温物体表面增加低导热率的材料，但这种手段在于降低材料表面温度的同时，尤其是高温应用情况下，物理降温设备较复杂，或者低热导率材料需要很厚，导致实际应用时诸多不便；另一方面采用低发射率材料放置在物体表面，如金、银、铝和不锈钢等金属，这是目前最重要且有效降低材料表面发射率的手段。
为了实现可见波段与红外波段的兼容隐身，现有手段一般是利用材料的组合满足不同波段的要求。比如考虑到黑暗环境下，需要实现材料的颜色是黑色的，同时保持红外波段的低发射率。最简单的材料就是碳，其在可见波段的吸收率很高，颜色很黑，但在红外波段的高发射率无法满足红外隐身的要求。红外的低发射率材料最常用的就是金属，其在红外波段有着极低的发射率，但在可见波段通常颜色为金色或者银白色等，且具有明显的金属光泽。利用两种材料，现有技术可以设计一些微纳结构或者叠层结构，如超材料、多层膜等，将两种材料进行微纳尺度的精细设计或者多层叠加，实现在可见波段与红外波段的兼容隐身。但微纳加工设计价格昂贵、难以量产，同时在高温下微纳结构的稳定性不好，容易失效；而多层膜的设计通常需要精细的膜厚控制，对于工艺要求较高，且整体材料较厚，可达几十微米，且不耐高温。
考虑到实际应用场景，设计一种性能优异、工艺简单、耐高温、质轻且柔性以兼容多应用场景的双波段兼容隐身材料至关重要。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种等离激元光吸收器件及其制备方法，该器件及制备方法通过在基体材料上沉积金属颗粒形成等离激元结构，并产生局域等离激元效应，使光线发生干涉，进而调控光吸收性能，该器件工艺简单、质轻，具有优异的隐身性能。
基于上述目的，本发明一方面提供了一种等离激元光吸收器件，包括基体和附着在基体上的金属材料，所述基体上设置有若干周期性分布的通孔，所述金属材料包括附着于所述基体表面的金属膜和附着于所述基体通孔内壁的金属颗粒；金属颗粒分散分布于通孔内壁形成表面等离激元结构，所述等离激元结构通过局域等离激元耦合效应使光吸收器件在可见光波段具有光吸收；
所述基体材料包括第一侧面和第二侧面，所述通孔贯穿第一侧面和第二侧面，所述金属膜附着于所述基体材料的其一侧面上，所述金属材料对红外光高反射，优选反射率95％以上，低发射，发射率5％以下。
另一方面提供了一种等离激元光吸收器件的制备方法，包括以下步骤获取基体，所述基体上设置有若干通孔；
镀膜：通过镀膜技术在所述基体上沉积金属材料，镀膜后在基体侧面形成金属膜，在通孔内壁形成金属颗粒，金属颗粒分散分布于通孔内壁形成表面等离激元结构，所述等离激元结构通过局域等离激元耦合效应使器件在可见光波段具有光吸收；附着于基体表面的金属膜对红外光高发射。
所述镀膜方法为电子束蒸发镀膜，镀膜速率为
优选
本发明所产生的有益效果包括：
制备得到的样品在可见波段既能实现不同的结构色，也能通过调节膜厚呈现在可见波段具有高的吸收率(～95％)，在4-16μm呈现出低的发射率(～5％)。结构简单，方法易操作，采用电子束蒸镀沉积方法在基体上形成金属颗粒，金属纳米颗粒的局域等离激元共振效应，使得材料在几百纳米的厚度下就能实现对可见光波段的高吸收率，同时由于金膜以及金颗粒的材料本征低红外发射率的属性，使制备出的结构也在4～16μm有低的发射率。
器件厚度在百纳米级，质轻且柔性好，具有很好的依附性和多场景实用性，可以很好滴贴合在任意复杂的表面上。同时由于在可见波段具有不同的颜色，不仅仅适用于黑暗环境下的可见隐身，在其他环境当中也能很好地适应环境，实现了可见多场景隐身与红外隐身的集成一体化。可通过简单地胶带粘贴工艺实现卷对卷复制，简单便携地适用于各类场景。
制备出的样品具有优异的高温隐身性能。其能够在200摄氏度的高温环境下仍保持较低的发射率，辐射温度在50摄氏度左右。
附图说明
图1本发明中等离激元光吸收器件的结构图；
图2～图5分别为实施例1～4所获得器件在可见光下的颜色图片；
图6～图9分别为实施例1～4所获得器件在加热台上红外成像；
图10～图12分别为实施例1、实施例3和实施例4所获得器件的电镜图；
图13实施例1～4(膜厚为200nm/250nm/300nm/400nm)样品的吸收光谱图(图中色块为光谱反演所对应的颜色)；
图14实施例4样品全波段吸收谱；
图15实施例4所获得样品在加热台上加热至106℃和212℃下的红外成像；
图16样品和玻璃的辐射温度随加热温度的变化曲线图；
图17收卷后的器件结构图；
图18移除AAO后的PE膜电镜图。
具体实施方式
下面对本发明所涉及到的名词进行解释。
等离激元：入射光与金属中的自由电子共振耦合，在共振波长处表现出近场场强增强。对于金属纳米颗粒，光强被强烈局域在纳米颗粒周围，等离激元纳米颗粒的光吸收截面被极大地提高，从而能够高效地俘获传播光场并将其聚集在其近场区域。
双通AAO：双面通孔且准周期性结构的多孔三氧化二铝薄膜。
吸收率：指物体所吸收的光强与入射总光强的比值，一般通过测量反射率R与透射率T，计算1-R-T得到吸收率。
发射率：衡量物体表面以热辐射的形式释放能量相对强弱的能力的物理量。物体的发射率等于物体在一定温度下发射的能量与同一温度下黑体辐射能量之比。
本发明中的等离激元光吸收器件包括具有通孔结构的基体，基体材料表面附着金属膜，在通孔内壁附着金属颗粒，通孔以周期性分布在基体材料上，基体材料为片状体，由于非常薄，所以也是膜材料，包括第一侧面和第二侧面，通孔贯通第一侧面和第二侧面，通孔优选均匀分布，孔径均一、孔间距均一，该设置便于使沉积在通孔内的金属颗粒形成周期性结构，结合金属颗粒的局域等离激元耦合效应，使光在器件上产生干涉效应，进而实现光调控。金属膜附着于第一侧面或第二侧面上，具有设定厚度，可以使红外光在该膜材料上发生高反射，使器件在红外波段具有低发射率。本发明中的器件在作用时，光由未沉积金属膜的第二侧面入射，经通孔内壁的金属颗粒作用后入射到第一侧面的金属膜，金属颗粒及金属膜的协同作用实现红外波段和可见波段的双重调控，具有双重隐身性。
本发明中的基体在中红外波段透明，对于中红外光吸收率低于5％，优选低于3％，再优选低于1％，具体优选氧化铝材料，该材料耐高温，与形成金属膜的金属材料相容性高，有利于形成设定尺寸的金属颗粒，进而有利于控制形成等离激元结构。
本发明中的通孔有利于诱导金属颗粒在内壁的沉积，其通孔以周期性阵列分布或非周期性阵列分布，但相邻通孔之间的间距需在设定范围内，以保证产生局域等离激元效应。本发明中基体上的通孔轴线相互平行或不相互平行，若不相互平行，则轴线之间的夹角需设定在一定角度内，以防止因两通孔间距过大导致漏光，为了实现各通孔之间金属颗粒沉积的均匀性，同时为了便于控制沉积量，优选各通孔轴线相互平行设置。
本发明中的基体上的通孔孔径为80-100nm，优选80nm，孔间距为110nm-130nm，优选125nm，金属膜的厚度为60～80nm，沉积金膜厚度低于该值时，器件在可见波段的结构色会发生变化，无法实现对应波段的隐身，沉积金膜厚度大于该值时，金属材料会堵塞AAO的孔道，在可见波段无法产生高吸收效果，金属膜厚优选70nm。
本发明中的金属材料为能够产生等离激元效应的材料，包括但不限于金、银、铜、铝中的任一种，优选金、银材料，再优选金材料，作为稳定性高、反射率强的金材料，有利于形成稳定的等离激元效应，镀膜厚度控制在70nm时，一方面金膜具有一定的稳定性，另一方面光穿过该膜层时，中红外光被反射，且反射率在80％以上，若低于该膜厚，金属膜稳定性低且光易穿透，中红外光反射率低，无法实现良好的隐身效果。在沉积金材料后，器件结构如图1，包括基体3，基体3为膜材料，包括第一侧面301和第二侧面302，器件还包括沉积在基体3第一侧面301的金膜2以及沉积在通孔内壁的金颗粒4，金颗粒4在整个通孔孔道内均有分布。
本发明中一种等离激元光吸收器件的制备方法包括获取基体、镀膜、收卷，其中获取基体以获取AAO(双通氧化铝模板)为例进行说明：
购买得到超薄阳极氧化铝模板，该氧化铝模板是通过旋涂一层PMMA作为支撑基底。表面平整度不好，褶皱较多。为了保证镀膜过程中金属材料的均匀性，采用湿法转移将AAO转移至PE膜上获得AAO-PE材料，湿法转移的具体步骤如下：
(1)首先将一层0.2mm的PE膜修剪成略小于比色皿的形状，将PE膜平铺在比色皿底部，将适量的丙酮溶液倒入比色皿中，保证丙酮溶液能够浸没AAO模板的同时，AAO与PMMA在丙酮中方便分离。
(2)用镊子夹住AAO-PMMA一角，将AAO的一面朝上，PMMA的一面朝下，以方便二者发生分离时能够分辨AAO。因为AAO较薄，可在比色皿侧边用手电筒打光以方便观察AAO的位置。轻轻摇晃比色皿，保证AAO-PMMA尽量在PE膜中央的位置(防止AAO移动到PE膜侧边发生粘连导致破损)，直到观察到AAO与PMMA二者完全分离，用镊子将PMMA夹出(防止PMMA溶解物渗入到AAO孔道内污染模板)。
(3)尽量保证AAO在PE膜的中央位置，用胶头滴管逐渐吸出丙酮溶液，至PE膜暴露在空气中，之后将剩余的丙酮溶液慢慢蒸发干净，将转移后的AAO-PE用镊子夹出以备用。
镀膜：通过镀膜技术在所述基体上沉积金属材料，镀膜后在基体侧面形成金属膜，在通孔内壁形成金属颗粒，金属颗粒分散分布于通孔内壁形成表面等离激元结构，所述等离激元结构通过局域等离激元耦合效应使器件在可见光波段具有光吸收；附着于基体表面的金属膜对红外光高反射，镀膜选用电子束蒸镀，镀膜速率为
在镀膜至60～80nm时，停止沉积，通过调整基体厚度，获得不同波段的隐身材料，具体如下：
基体材料厚度为195～205nm，优选200nm，在基体材料的其一侧面沉积金属材料，沉积结束后在侧面上形成所述金属膜，在通孔内壁形成金属颗粒，金属膜厚度为60～80nm，优选70nm，该器件在可见波段位于560nm处存在吸收峰，对应吸收率为95％，在420nm处存在吸收率为88％的吸收谷，在整个可见波段整体吸收率在90％以上，最终颜色呈现为紫色；红外波段在4-16μm处平均发射率低于5％，器件紫色隐身和红外隐身；
基体材料厚度为245～255nm，优选250nm，以设定速率在基体材料的其一侧面沉积金属材料，沉积结束后在侧面上形成所述金属膜，在通孔内壁形成金属颗粒，所述金属膜厚度为60～80nm，优选70nm，该器件在可见波段位于410nm和710nm处存在吸收峰，对应吸收率分别在96％和93％，在530nm处存在吸收率为80％的吸收谷，可见波段整体吸收率在90％以上，最终颜色呈现为绿色；红外波段在4-16μm处平均发射率低于5％，器件绿色隐身和红外隐身；
基体材料厚度为295～305nm，优选300nm，以设定速率在基体材料的其一侧面沉积金属材料，沉积结束后在侧面上形成所述金属膜，在通孔内壁形成金属颗粒，所述金属膜厚度为60～80nm，优选70nm，该器件在可见波段位于610nm处存在吸收峰，对应吸收率为97％，在450nm处存在吸收率为90％的吸收谷，可见波段整体吸收率在90％以上，最终颜色呈现为蓝色；红外波段在4-16μm处平均发射率低于5％，器件蓝色隐身和红外隐身；
基体材料厚度为395～405nm，优选400nm，以设定速率在基体材料的其一侧面沉积金属材料，沉积结束后在侧面上形成所述金属膜，在通孔内壁形成金属颗粒，所述金属膜厚度为60～80nm，优选70nm，该器件在可见波段位于410nm和580nm处存在吸收峰，对应吸收率均为97％，在490nm处存在吸收率为90％的吸收谷，可见波段整体吸收率在90％以上，最终颜色呈现为黑色；红外波段在4-16μm处平均发射率低于5％，器件黑色隐身和红外隐身；
值得注意的是，金属颗粒在基体的整个通孔内均有分布，金属颗粒粒径为2nm～30nm，本发明中镀膜速率控制在
优选
可以实现可见波段的结构色以及高吸收。当沉积速率小于该值时，沉积速率较慢，孔里形成的颗粒数量少，且颗粒分布较分散，颗粒之间无法发生共振耦合，难以在可见光波段产生高吸收；当沉积速率大于该值时，孔道内颗粒易成膜，局域等离激元共振效应减弱或者消失，对于可见波段的吸收减弱或者结构色消失。
收卷：在镀膜结束后，选用聚酰亚胺胶带将器件材料粘贴到胶带上，以便于收卷储存和运输，胶带还可以选用透明胶带或双面胶。
基体中各通孔直径可以相同或不同，通孔可以是周期性阵列分布或非周期性阵列分布，也可以是局部周期性阵列分布或非周期性阵列分布，通过调控通孔大小和通孔间距调控隐身效果，优选同一基体上的通孔大小相同，且为周期性分布，各相邻通孔间距相同，在该模式下，便于形成均匀的隐身效果，易控制。
通孔内金属颗粒的粒径达到纳米级尺寸时，能够产生等离激元效应，进而能够实现光调控，金属颗粒的粒径和致密度对于光调控效果起到决定性的作用，在颗粒粒径为2～30nm，颗粒间距2～10nm时，金属颗粒对可见光产生等离激元效应，将该波段的光局域在颗粒周围，无法透过，实现可见光高吸收，吸收率达80％以上。通过金膜厚度、金颗粒尺寸、金颗粒间距、通孔周期、通孔大小多因素协同作用使本发明中的光学器件实现可见波段(结构色)与红外波段的隐身。
利用本发明中的制备方法，形成的光学器件包括AAO模板、金属膜和金属颗粒，镀膜结束后在AAO侧面(表面)形成金属膜，在通孔内壁形成以颗粒形成分散分布的金属膜层，正是因为颗粒形式存在，才会产生等离激元效果，通过控制镀膜速率、镀膜厚度等因素控制其上金属颗粒的粒径和间距，由于本方法是通过向双通AAO侧面上镀膜，镀膜过程中部分金属沉积在表面，部分沉积在通孔内，由于金属材料首先在表面沉积，因而可在表面首先形成连通多孔金属膜，在通孔内，随通孔深度的增加，膜层逐渐稀薄，颗粒间距变大，通过镀膜速率、镀膜厚度和通孔深度调控通孔内金属颗粒的分布，进而调控光吸收效果。
该制备方法通过在双通AAO上镀膜形成光学器件对光进行调控，通过控制双通AAO的通孔直径、通孔分布、通孔周期、通孔长度等实现金属颗粒大小、分布、金属膜厚度的协同调控，进而实现各波段的调控，基体的设置不仅起到模板作用，而且简化了等离激元的调控手段，使等离激元结构更加易于控制，在通孔直径为80～100nm，孔间距为110nm-130nm，镀膜速率
下，镀膜厚度70nm，通孔长度200nm、250nm、300nm、400nm时，可以实现紫色、绿色、蓝色、黑色结构色的隐身，且红外光发射率在5％以下，具有红外隐身效果。
下面以具体实施例的形式对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施例的限制。
实施例1
一种等离激元光吸收器件的制备方法包括获取基体、镀膜、收卷，具体为：
获取基体：购得AAO-PMMA材料，其中AAO平均孔间距125nm、平均孔径80nm、厚度为200nm，将AAO采用湿法转移至PE膜上获得AAO-PE材料，湿法转移的具体步骤如下：
(1)首先将一层0.2mm的PE膜修剪成略小于比色皿的形状，将PE膜平铺在比色皿底部，将适量的丙酮溶液倒入比色皿中，保证丙酮溶液能够浸没AAO模板，同时AAO与PMMA在丙酮中方便分离。
(2)用镊子夹住AAO-PMMA一角，将AAO的一面朝上，PMMA的一面朝下，以方便二者发生分离时能够分辨AAO。因为AAO较薄，可在比色皿侧边用手电筒打光以方便观察AAO的位置。轻轻摇晃比色皿，保证AAO-PMMA尽量在PE膜中央的位置(防止AAO移动到PE膜侧边发生粘连导致破损)，直到观察到AAO与PMMA二者完全分离，用镊子将PMMA夹出(防止PMMA溶解物渗入到AAO孔道内污染模板)。
(3)尽量保证AAO在PE膜的中央位置，用胶头滴管逐渐吸出丙酮溶液，至PE膜暴露在空气中，之后将剩余的丙酮溶液慢慢蒸发干净，将转移后的AAO-PE用镊子夹出以备用。
镀膜：通过电子束蒸镀技术在基体的第一侧面上沉积金，由于通孔连接第一侧面，因而金颗粒会在第一侧面及通孔内均有沉积，镀膜速率为
在沉积过程中，一定能量的电子束聚焦并轰击在金靶材上，高能电子束产生大量热，将金原子蒸出，蒸出的金原子弥散在整个腔室中，并逐渐沉积在AAO模板表面与孔道内部，在模板表面(第一侧面)沉积形成一定厚度连通的金膜，在孔道内部金原子相互碰撞聚集最终粘附在孔道侧壁上形成金纳米颗粒，由于金原子在孔道内是从靠近第一侧面端往靠近第二侧面端沉积，因此在靠近第一侧面的孔口处形成的颗粒尺寸更大，越靠近孔道底端颗粒逐渐偏小。孔道内的颗粒尺寸分布在2～30nm，颗粒之间的间距约在2～10nm。当第一侧面的金膜厚度为70nm时停止沉积，沉积结束后金颗粒是能完全贯穿整个AAO孔道沉积到最底层的PE膜上的，图18为移除AAO后的PE膜，可以从图中看出PE膜上存在沉积形成的金纳米阵列。
收卷：选用聚酰亚胺胶带将沉积过后的基体材料粘贴到胶带上，收卷是为了便于储存，若无需储存，在镀膜结束后可直接应用，收卷如图17，金膜2一侧粘附在胶带1上进行收卷。
实施例2
与实施例1的不同之处在于AAO模板厚度为250nm。
实施例3
与实施例1的不同之处在于AAO模板厚度为300nm。
实施例4
与实施例1的不同之处在于AAO模板厚度为400nm。
各实施例中镀膜速率相同，以金膜厚度增至70nm结束沉积。
电镜下观察实施例1、实施例3和实施例4获得的器件，分别如图10～12，可见孔道内的金颗粒尺寸从几纳米到二三十纳米均有分布，而且小颗粒与大颗粒随机分布混合，周期性排列的孔道作为模板，使得附着在侧壁上的金颗粒阵列也具有周期性，周期性排列的阵列等效成一层薄膜时，形成的薄膜干涉效应导致了结构色的产生。顶端金膜连通，同时金膜上存在周期性孔洞阵列。金膜作为低发射材料实现了红外波段的低发射率。
为了验证器件的结构色隐身性能，将实施例1～4的器件置于可见光下，如图2～5，由于基体材料是置于PE膜上进行沉积的金颗粒，因而PE膜呈现金色，置于PE膜上的器件依次呈现紫色、绿色、蓝色、黑色，可知实施例1～4的器件可分别实现紫色隐身、绿色隐身、蓝色隐身和黑色隐身。
为了测试器件的红外隐身性能，将实施例1～4的器件置于加热台上加热至50℃后进行红外测试，如图6～9，可见，加热台呈现红色(高温)，置于加热台中央的器件与周围环境(周围空气)呈现相同的蓝色，说明器件具有优异的红外隐身效果。
实施例1～4所获取器件的吸收光谱如图13，在可见波段(380nm-780nm)几种器件的平均吸收率在90％左右，且存在明显的峰谷结构。对于基体厚度为200nm的样品，存在吸收峰为330m和560nm，吸收谷为420nm；厚度为250nm的样品，吸收峰处于410nm和710nm，吸收谷处于340nm和530nm；厚度为300nm的样品，吸收峰处于360nm和610nm，吸收谷处于450nm；厚度为400nm的样品，吸收峰处于320nm、410nm、580nm和1μm，吸收谷位于360nm、490nm和850nm。通过色度学理论中的三刺激值计算公式可以将吸收谱转换为三刺激值X，Y，Z(认为样品没有透射，反射率＝1-透射率)，进而可以获得相应反射谱对应的色度坐标，即将吸收谱量化为CIE1931色彩空间中的坐标，进而转化为对应的颜色。通过转换，膜厚为200nm样品的吸收谱其色度坐标为(0.30，0.24)，在色彩空间中对应的是紫色；膜厚为250nm样品的吸收谱其色度坐标为(0.33，0.43)，在色彩空间中对应的是绿色；膜厚为300nm样品的吸收谱其色度坐标为(0.23，0.25)，在色彩空间中对应的是蓝色；膜厚为400nm样品的吸收谱其色度坐标为(0.30，0.35)，在色彩空间中对应的是黑色。
对实施例4所获得器件进行全光谱实验吸收谱(或者称为发射谱)，如图14，，可知在可见波段的平均吸收率在90％，在红外波段(4-14μm)的发射率低至5％。其在1μm到4μm区间吸收率逐渐降低。这是由于从可见波段到红外波段，AAO孔道内的金颗粒的吸收响应逐渐减小，最终吸收响应降至5％以下。
对实施例4所获得样品进行热测试，装置如图15，包括加热台，在加热台上放置玻璃，然后将样品置于玻璃上进行加热，加热台的材质是铝材，虽然温度比较高，但铝在红外波段的发射率较低，无法在红外热成像仪当中体现出加热台与样品的明显的差异性。因此，在样品和加热台之间发了一层玻璃，玻璃的发射率较高，加热台加热玻璃，在红外热成像仪当中样品与被加热的玻璃的温度差异就比较明显，进而能体现出样品在红外波段的低发射率。对其进行红外探测，如图16，可以看出加热台的温度从70℃升高至200℃过程中，由于样品的低发射率特性，其发射的红外波段的光经过热成像仪的转换，对应的辐射温度从25℃变化到55℃。说明样品在高温环境下仍旧与环境的高度一致性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明专利的优点。本行业的技术人应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (12)
1.一种等离激元光吸收器件，其特征在于：包括基体和附着在基体上的金属材料，所述基体上设置有若干通孔，所述金属材料包括附着于所述基体表面的金属膜和附着于所述基体通孔内壁的金属颗粒；
金属颗粒分布于通孔内壁形成表面等离激元结构，所述等离激元结构通过局域等离激元耦合效应使光吸收器件在可见光波段具有光吸收；
所述基体材料包括第一侧面和第二侧面，所述通孔贯穿第一侧面和第二侧面，所述金属膜附着于所述基体材料的其一侧面上，所述金属膜在红外光波段低发射。
2.根据权利要求1所述的等离激元光吸收器件，其特征在于：所述基体材料的通孔满足以下其一或多者的结合：
-所述通孔周期性分布；
-所述基体上各通孔直径相同或不同；
-所述基体上的相邻通孔间距相同或不同；
-若干通孔的中轴线相互平行；
-通孔孔径为80-100nm；
-通孔间距为110nm-130nm。
3.根据权利要求2所述的等离激元光吸收器件，其特征在于：所述通孔轴向与基体材料厚度方向一致；金属材料沉积量与基体材料厚度满足以下其一：
-所述基体材料厚度为195～205nm，以设定速率在基体材料的其一侧面沉积金属材料，沉积结束后在侧面上形成所述金属膜，在通孔内壁形成金属颗粒，所述金属膜厚度为60～80nm，器件紫色隐身和红外隐身；
-所述基体材料厚度为245～255nm，以设定速率在基体材料的其一侧面沉积金属材料，沉积结束后在侧面上形成所述金属膜，在通孔内壁形成金属颗粒，所述金属膜厚度为60～80nm，器件绿色隐身和红外隐身；
-所述基体材料厚度为295～305nm，以设定速率在基体材料的其一侧面沉积金属材料，沉积结束后在侧面上形成所述金属膜，在通孔内壁形成金属颗粒，所述金属膜厚度为60～80nm，器件蓝色隐身和红外隐身；
-所述基体材料厚度为395～405nm，以设定速率在基体材料的其一侧面沉积金属材料，沉积结束后在侧面上形成所述金属膜，在通孔内壁形成金属颗粒，所述金属膜厚度为60～80nm，器件黑色隐身和红外隐身。
4.根据权利要求1～3任一项所述的等离激元光吸收器件，其特征在于：金属材料以电子束镀膜沉积在基体材料上，镀膜速率为
5.根据权利要求1～3任一项所述的等离激元光吸收器件，其特征在于：所述基体对中红外波段的光吸收率低于5％；
所述基体为双通氧化铝模板。
6.根据权利要求3所述的等离激元光吸收器件，其特征在于：所述通孔内金属颗粒粒径为2nm～30nm，颗粒间距为2～10nm。
7.根据权利要求1所述的等离激元光吸收器件，其特征在于：所述金属材料为金，所述金属膜为金膜，所述金膜在红外光波段的发射率低于5％。
8.一种等离激元光吸收器件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
获取基体，所述基体上设置有若干通孔；
镀膜：通过镀膜技术在所述基体上沉积金属材料，镀膜后在基体侧面形成金属膜，在通孔内壁形成金属颗粒，金属颗粒分散分布于通孔内壁形成表面等离激元结构，所述等离激元结构通过局域等离激元耦合效应使器件在可见光波段具有光吸收；附着于基体表面的金属膜在红外光波段低发射。
9.根据权利要求8所述的等离激元光吸收器件的制备方法，其特征在于：所述镀膜方法为电子束蒸发镀膜，镀膜速率为
10.根据权利要求8～9任一项所述的等离激元光吸收器件的制备方法，其特征在于：通孔轴向与基体材料厚度方向一致，基体材料包括第一侧面和第二侧面，通孔贯穿第一侧面和第二侧面，镀膜时，正对第一侧面上沉积金属材料，镀膜结束后在第一侧面上形成所述金属膜，在通孔内壁形成金属颗粒，所述金属材料为金，当第一侧面上的金属膜厚度为60～80nm时0.，停止沉积，获得所述等离激元光吸收器件。
11.根据权利要求8所述的等离激元光吸收器件的制备方法，其特征在于：所述基体材料为AA0，沉积金属颗粒时，所述AA0以PE为衬底形成AA0-PE，AA0-PE获取方法为：获得AAO-PMMA复合材料，通过湿法转移将AAO与PMMA层分离并转移到PE膜上，具体为：
首先将一层PE膜修剪成小于比色皿的形状，将PE膜平铺在比色皿底部，将适量的丙酮溶液倒入比色皿中，丙酮溶液浸没AAO模板；
用镊子夹住AAO-PMMA一角，将AAO的一面朝上，PMMA的一面朝下，轻轻摇晃比色皿，使AAO-PMMA转移在PE膜上；
待AAO与PMMA二者完全分离，用镊子将PMMA夹出；
用胶头滴管将丙酮溶液逐渐吸出至PE膜暴露在空气中，然后将剩余的丙酮溶液慢慢蒸发干净获得AAO-PE。
12.根据权利要求8所述的等离激元光吸收器件的制备方法，其特征在于：
沉积金属材料的基体材料粘附在胶带上，并收卷保存。
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|---|---|---|---|---|
| US8629423B1 (en) * | 2008-09-19 | 2014-01-14 | Nikolai Kislov | Non-planar metal-insulator-metal tunneling device for sensing and/or generation of electromagnetic radiation at terahertz, infrared, and optical frequencies and technology of its preparation |
| CN105442014A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-03-30 | 南京大学 | 一种复合材料器件 |
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2022
- 2022-12-31 CN CN202211742941.3A patent/CN116106997A/zh active Pending
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