一种柔性广角宽谱高效吸收体及制作方法技术

本发明专利技术属于高效电磁波吸收体领域，具体是一种柔性广角宽谱高效吸收体及其制备方法。一种柔性的广角宽谱高效吸收体，柔性聚合物制作的衬底的上表面上均匀分布有周期性排列的类似飞蛾眼睛上微纳凸起的结构即蛾眼结构，蛾眼结构从顶点到底部的高度为210‑230 nm，相邻蛾眼结构之间的距离为390‑410 nm，蛾眼结构上依次沉积有金属反射层、介质层、金属纳米颗粒层，金属反射层的金属为反射率高的金属，金属纳米颗粒层的金属为贵金属。本发明专利技术提出一种简单经济的方法在图案化衬底上制备了柔性宽谱高效吸收体。

Flexible wide-angle wide spectrum high-efficiency absorber and manufacturing method thereof

The invention belongs to the field of high efficiency electromagnetic wave absorber, in particular to a flexible wide-angle wide spectrum high-efficiency absorber and a preparation method thereof. A flexible wide wide spectrum efficient absorber made on flexible polymer substrate with periodic structure arrangement similar to the moth eye nano raised that the moth eye structure uniformly distributed on the surface of the moth eye structure from the top to the bottom of the height of 210 230 nm, the distance between adjacent to the moth eye structure 390 410 nm, a metal reflective layer, a dielectric layer, layer of metal nanoparticles are deposited on the moth eye structure, a metal reflective layer for high reflectivity metal metal, metal nanoparticles layer metal for precious metals. The invention provides a simple and economical method for preparing a flexible wide spectrum high-efficiency absorber.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性广角宽谱高效吸收体及制作方法
本专利技术属于高效电磁波吸收体领域，具体是一种柔性广角宽谱高效吸收体及其制备方法。
技术介绍
电磁波吸收体（吸收体）在太阳能电池、军事雷达隐身、红外探测、以及热辐射仪等领域有着广泛的应用。窄带吸收体可用于选择性热辐射器和生物传感等领域，而在太阳能捕获、海水淡化及军事隐身等领域，则需要吸收体能在宽谱范围内有很好的吸波性能。目前，人们已设计并制备出了很多宽带吸收体，然而很多宽带吸收体的制备依赖昂贵的制作工艺，如电子束光刻、聚焦离子束刻蚀等，不易大面积制备且十分耗时。因此，基于简单工艺制备的宽带吸收体极具发展潜力。图案化衬底由于可以增加光程及激发各种光学模式在太阳能电池中用作底部反射层和表面减反层，可以达到增加光吸收的效果。如果将吸收体制备在图案化衬底上将会达到更优的吸波效果。另外，如果宽带吸收体能够制备在柔性衬底上，将会使吸收体应用于光伏建筑一体化、便携式电源等领域。基于此，本专利技术提出一种简单经济的方法在图案化衬底上制备了柔性宽谱高效吸收体。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是：如何利用简单经济的方法制备出柔性广角宽谱高效吸收体。本专利技术所采用的的技术方案是：一种柔性的广角宽谱高效吸收体，柔性聚合物制作的衬底的上表面上均匀分布有周期性排列的类似飞蛾眼睛上微纳凸起的结构即蛾眼结构，蛾眼结构从顶点到底部的高度为210-230nm，相邻蛾眼结构之间的距离为390-410nm，蛾眼结构上依次沉积有金属反射层、介质层、金属纳米颗粒层，金属反射层的金属为反射率高的金属，金属纳米颗粒层的金属为贵金属。作为一种优选方式：柔性聚合物为聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、乙烯-四氟乙烯共聚物中的一种。作为一种优选方式：金属反射层的金属为Au、Ag或Al等，金属纳米颗粒层的金属为Ag或者Au，金属反射层的厚度为300nm，介质层为SiO2、Al2O3、MoO3中的一种，介质层的厚度为96nm，金属纳米颗粒层的名义厚度为5.4nm，金属纳米颗粒层为未形成纳米薄膜的纳米颗粒层，金属纳米颗粒的粒径为8-9nm，名义厚度是沉积速率乘以沉积时间所计算的厚度。一种制作柔性广角宽谱高效吸收体的方法，按照如下步骤进行步骤一、衬底的制备，以带周期性排列的竖直方向过中心线的截面为U型的孔的多孔氧化铝U-AAO作为模板，首先用全氟辛基三氯硅烷在150℃温度下对模板打带孔面进行抗粘处理两个小时，然后在旋涂机中，将柔性聚合物旋涂于U-AAO抗粘处理面上，然后水平放置于60℃烘箱中固化半小时，然后将柔性聚合物浇注于涂有柔性聚合物的表面上，放置于水平位置处静置15分钟后，水平置于60℃烘箱中固化三个小时，将固化好的柔性聚合物从模板上揭取下来，形成衬底；步骤二、沉积金属层、介质层、金属纳米颗粒层，在衬底依次溅射金属层、介质层、金属纳米颗粒层。作为一种优选方式：溅射在常温下真空度为5.0×10-4Pa下进行。作为一种优选方式：金属层和金属纳米颗粒层的溅射速率为0.12nm/s，介质层的溅射速率为0.038nm/s。作为一种优选方式：柔性聚合物为聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、乙烯-四氟乙烯共聚物中的一种。作为一种优选方式：金属反射层的金属为Au、Ag、Al等，金属纳米颗粒层的金属为Ag或者Au，金属反射层的厚度为300nm，介质层为SiO2、Al2O3、MoO3中的一种，金属层的厚度为300nm，介质层的厚度为96nm，金属纳米颗粒的粒径为8-9nm，金属纳米颗粒层的名义厚度为5.4nm。本专利技术的有益效果是：本专利技术在柔性衬底上制备出图案化蛾眼纳米结构，在此衬底上，利用磁控溅射系统制备出金属-介质-金属纳米高吸收薄膜。本专利技术设计的吸收体在350-1000nm的入射波长范围内总的吸收效率为95.8%。此外，吸收体的吸收性能随入射角度变化不大，在入射角为600时总吸收效率仍接近90%，具有广角的吸收性能。我们制备的吸收体还具有良好的柔韧性，在经过10000次120度弯曲过后，器件的吸收性能仍为原来的98.7%。由此可见，本专利技术的柔性广角宽谱高效吸收体在光伏建筑一体化、便携式电源等领域具有极大的应用前景。附图说明：图1是柔性蛾眼衬底上制备高效吸收体的流程图：（a）U型孔AAO模板；（b）PDMS从AAO模板上剥离；（c）具有蛾眼结构的PDMS柔性衬底；（d）在图案化PDMS衬底上沉积底层Ag反射层和SiO2介质层；（e）继续沉积顶层Ag纳米颗粒层后的高效吸收体。图2：（a）柔性蛾眼衬底的扫描电子显微镜（SEM）照片；（b）沉积300nmAg反射层后的SEM照片；继续沉积SiO2介质层和Ag纳米颗粒层后吸收体的（c）俯视SEM照片，（d）截面SEM照片。图3：（a）高效吸收体的吸收光谱，插图为吸收体的照片；（b）总吸收效率随弯曲次数的变化图，插图为柔性测试装置。图4：不同入射角度下总吸收效率随入射角度的变化的吸收光谱。具体实施方式本专利技术所使用的材料有：周期为400nm，深度为300nm的U-AAO、乙烯基甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷三甲基硅氧封端共聚物（7-8wt%乙烯基甲基硅氧烷，粘度800-1200cSt）（GEL-VDT-731）、（25-35wt%甲基氢硅氧烷）-二甲基硅氧烷共聚物；粘度25-35cSt（GEL-HMS-301）、四甲基四乙烯基环四硅氧烷（减缓剂）、铂(0)-1,3-二乙烯-1,1,3,3，-四甲基二硅氧烷（铂催化剂）、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、银（99.99%；Ag）、二氧化硅（99.99%；SiO2）、氩气、氮气、乙醇。其组合用量如下：GEL-VDT-731：1±0.1g减缓剂：14.7±0.02μl铂催化剂：5.3±0.01μlGEL-HMS-301：0.29±0.01gPDMS：8gU-AAO：一片本专利技术中柔性图案化蛾眼衬底的制备，是在抗粘处理过后的U-AAO先旋涂一层高杨氏模量的PDMS（H-PDMS），其厚度为5μm，60℃恒温箱中固化一段时间后浇筑一层PDMS，其厚度为1.5mm，静置使PDMS液体流平后，60℃恒温箱中固化并从模板上脱离，完成柔性图案化蛾眼衬底的制备工艺，随后，利用磁控溅射系统在柔性图案化衬底上堆叠不同厚度的纳米金属-介质-金属层。其中，纳米薄膜的厚度通过一定溅射功率下的溅射时间调控的。具体制备方法如下：（1）精选化学物质对制备所需要的化学物质材料要进行精选，并进行质量、纯度、浓度、精度控制：GEL-VDT-731：胶状液体，7-8%乙烯基甲基硅氧烷，粘度800-1200cSt减缓剂：液态液体铂催化剂：液态液体GEL-HMS-301：液态液体，25-35%甲基氢硅氧烷，粘度25-35cStPDMS：胶状液体，聚合单体和固化剂质量比为10:1U-AAO：一级Ag：固体片状，纯度99.99%SiO2：固体片状，纯度99.99%乙醇：液态液体，纯度99.99%氩气：99.9%氮气：99.9%（2）模板抗粘处理取一片干净的U-AAO模板，先放入乙醇溶液中进行超声清洗（10min）并用氮气吹干，利用等离子体清洗机清洗3分钟，然后置于加热台上的玻璃培养皿中，利用吸管滴入一滴1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷，150℃加热两小时。（3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性的广角宽谱高效吸收体，其特征在于：柔性聚合物制作的衬底的上表面上均匀分布有周期性排列的类似飞蛾眼睛上微纳凸起的结构即蛾眼结构，蛾眼结构从顶点到底部的高度为210‑230 nm，相邻蛾眼结构之间的距离为390‑410 nm，蛾眼结构上依次沉积有金属反射层、介质层、金属纳米颗粒层，底部金属层反射层的金属为反射率高的金属，顶部金属纳米颗粒层的金属为贵金属。

【技术特征摘要】
1.一种柔性的广角宽谱高效吸收体，其特征在于：柔性聚合物制作的衬底的上表面上均匀分布有周期性排列的类似飞蛾眼睛上微纳凸起的结构即蛾眼结构，蛾眼结构从顶点到底部的高度为210-230nm，相邻蛾眼结构之间的距离为390-410nm，蛾眼结构上依次沉积有金属反射层、介质层、金属纳米颗粒层，底部金属层反射层的金属为反射率高的金属，顶部金属纳米颗粒层的金属为贵金属。2.根据权利要求1所述的一种柔性的广角宽谱高效吸收体，其特征在于：柔性聚合物为聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、乙烯-四氟乙烯共聚物中的一种。3.根据权利要求1所述的一种柔性的广角宽谱高效吸收体，其特征在于：金属反射层的金属为Au、Ag、Al，金属纳米颗粒层的金属为Ag或者Au，金属反射层的厚度为300nm，介质层为SiO2、Al2O3、MoO3中的一种，介质层的厚度为96nm，金属纳米颗粒层的名义厚度为5.4nm，金属纳米颗粒层为未形成纳米薄膜的纳米颗粒层，金属纳米颗粒的粒径为8-9nm，名义厚度是沉积速率乘以沉积时间所计算的厚度。4.一种制作权利要求1所述的柔性广角宽谱高效吸收体的方法，其特征在于：按照如下步骤进行步骤一、衬底的制备，以带周期性排列的竖直方向过中心线的截面为U型的孔的多孔氧化铝U-AAO作为模板，首先用全氟辛基三氯硅烷在150℃温度下对模板打带孔面进...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀婷，王艳珊，崔艳霞，林引岳，郝玉英，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14