一种红外光完美吸收器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种红外光完美吸收器及其制备方法，旨在引入胶体晶体材料，利用金属表面等离激元与胶体晶体的电磁共振特性，运用胶体自组装方法，制备包括衬底、在所述衬底上设置不透光的金属膜层、在所述金属膜层上设置的胶体晶体‑金属薄膜共振结构层的红外光完美吸收器；所述胶体晶体‑金属薄膜共振结构层由多个相同的胶体晶体颗粒以及沉积在每个所述胶体晶体颗粒上表面的金属薄膜组成；所述胶体晶体颗粒均匀排列在所述金属膜层上。该胶体晶体‑金属薄膜共振结构层简化了原有红外光完美吸收器的吸收单元的结构，增加红外光完美吸收器的吸收光谱的带宽，且利用胶体自组装方法满足了低成本、易于大面积制备的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种红外光完美吸收器及其制备方法
本专利技术涉及光电功能材料与器件和光子学领域，特别是涉及一种红外光完美吸收器及其制备方法。
技术介绍
光完美吸收器是实现高效光谱的光吸收与光电探测的一个必备元件，它可以实现在特定波段或多个波段光谱范围内的光波能量的吸收。光完美吸收器的原理一般是介质导波的光学共振模式、金属等离激元共振和光谱相位耦合或相干等现象引起光波的共振吸收或捕获现象。近红外和中红外波段的光完美吸收器可以作为光电转换器、热发射器的结构单元，或作为减小电磁波杂散发射的涂层材料。电磁波完美吸收器的研究获得了国内外研究者的广泛关注。在电磁波完美吸收器结构中，通过电磁共振现象实现了在共振波长处既没有反射(反射率接近为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。目前，大部分都采用基于金属-介质(或绝缘材料)-金属的三层电磁共振结构体系或超材料体系，实现了从微波频段到可见光波段的完美吸收响应。然而在这些三层结构光完美吸收器体系中，由于上层金属结构基本都是非连续金属结构，比如金属块，在技术上需要精密的光学刻蚀或电子束刻蚀。因此，这类三层结构光完美吸收器难以大面积、低成本制备，进而无法有效拓展到电控或光电子功能器件平台。此外，这些三层结构光完美吸收器往往只能吸收单一共振波长的电磁波，是窄带的光吸收，即无法实现红外宽带或红外超宽带光的吸收。综上所述，如何实现易于大面积制备且制备成本低、制备方法简单的超宽带红外光完美吸收器，是光电功能材料与器件和光子学领域急需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种红外光完美吸收器及其制备方法，能够实现红外宽带或红外超宽带光的吸收，且易于大面积制备、制备成本低、制备方法简单。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种红外光完美吸收器，所述红外光完美吸收器包括衬底、在所述衬底上设置不透光的金属膜层以及在所述金属膜层上设置的胶体晶体-金属薄膜共振结构层；其中，所述胶体晶体-金属薄膜共振结构层由多个相同的胶体晶体颗粒以及沉积在每个所述胶体晶体颗粒上表面的金属薄膜组成；所述胶体晶体颗粒均匀排列在所述金属膜层上。可选的，所述胶体晶体颗粒的形状为球形；相邻所述胶体晶体颗粒的球心之间的距离相同。可选的，所述胶体晶体颗粒的直径为600nm～2000nm。可选的，所述胶体晶体颗粒上表面的金属薄膜的材料与所述金属膜层的材料相同。可选的，所述金属膜层的材料为金或银。可选的，所述金属膜层的厚度为50nm～200nm。可选的，所述衬底的材料为玻璃、硅片或柔性材料。本专利技术还提供了一种红外光完美吸收器的制备方法，所述制备方法用于制备红外光完美吸收器，所述制备方法包括：采用物理沉积方法，在所述衬底上进行镀膜，形成不透光的所述金属膜层；采用胶体自组装方法，在所述金属膜层上表面制备胶体晶体结构；采用反应离子束刻蚀方法，在所述胶体晶体结构上进行刻蚀，形成胶体晶体颗粒阵列；所述胶体晶体颗粒阵列由多个相同的胶体晶体颗粒组成，且所述胶体晶体颗粒均匀排列在所述金属膜层上；采用所述物理沉积方法，在每个所述胶体晶体颗粒的上表面进行垂直方向的镀膜，形成胶体晶体-金属薄膜共振结构层。可选的，所述采用反应离子束刻蚀方法，在所述胶体晶体结构上进行刻蚀，形成胶体晶体颗粒阵列，具体包括：采用3:2比例混合的氧气和四氟化碳的气体，在压强为8000帕且功率为80瓦的刻蚀参数下，对所述胶体晶体结构进行刻蚀，形成胶体晶体颗粒阵列；其中，所述反应离子束刻蚀的时间为0-600秒。可选的，所述物理沉积方法为磁控溅射镀膜法、热蒸发镀膜法、真空电子束镀膜技术或离子束溅射镀膜法。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种红外光完美吸收器及其制备方法，该红外光完美吸收器由衬底、在所述衬底上设置不透光的金属膜层以及在所述金属膜层上设置的胶体晶体-金属薄膜共振结构层组成；所述胶体晶体-金属薄膜共振结构层由多个相同的胶体晶体颗粒以及沉积在每个所述胶体晶体颗粒上表面的金属薄膜组成。这种基于胶体晶体-金属膜共振结构的吸收器具有结构简单、能够进行红外波段吸收和超宽带吸收的特点。该红外光完美吸收器的制备方法包括：利用便于胶体自组装且易于大面积制备的胶体晶体作为红外光完美吸收器的中间共振结构层，降低成本要求，然后结合反应离子束刻蚀，构建非密排的胶体晶体颗粒阵列；利用物理沉积方法，在所述胶体晶体颗粒阵列上表面进行垂直方向的镀膜形成胶体晶体-金属薄膜共振结构层。因此，采用本专利技术提供的红外光完美吸收器及其制备方法，能够实现红外宽带或红外超宽带光的吸收，且易于大面积制备、制备成本低、制备方法简单。另外，本专利技术提供的红外光完美吸收器只需通过调控胶体晶体-金属薄膜共振结构层的几何尺寸，就可实现对光学共振与等离激元共振模式的调控，进而获得红外波段超宽带的光完美吸收。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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是本专利技术实施例一红外光完美吸收器结构的侧面示意图；图2是本专利技术实施例一红外光完美吸收器结构的俯视示意图；图3是本专利技术实施例一红外光完美吸收器制备方法的流程示意图；图4是本专利技术实施例二提供的红外光完美吸收器的光吸收图；图5是本专利技术实施例三提供的红外光完美吸收器的光吸收图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种红外光完美吸收器及其制备方法，旨在引入胶体晶体材料、利用金属表面等离激元与胶体晶体的电磁共振特性，简化红外光完美吸收器的吸收单元的结构，增加吸收光谱的带宽；然后通过运用便于胶体自组装且易于大面积制备的胶体晶体作为红外光完美吸收器的中间共振结构层，降低成本要求，实现超宽带光完美吸收器的简易制备方法。其中，表面等离激元(Surfaceplasmons)是金属结构表面自由电子在外加电磁波照射下引起的集体振荡，导致在金属表面并产生电场增强效应，从而形成表面等离激元的局域电磁场分布。基于表面等离激元共振的金属结构可以作为能源、光电探测、生物、医学等领域的核心元器件。胶体晶体(colloidalcrystal)是由单分散的、直径在微米或亚微米级别的无机或有机颗粒(也称胶体颗粒)，在重力、静电力或毛细效应等作用下组装形成的二维或三维有序阵列结构。胶体晶体应用广泛，包括微纳米光子学、材料加工、自组装和相变的研究。为使本专利技术的上述目的、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专利技术作进一步详细的说明。实施例一图1是本专利技术实施例一红外光完美吸收器结构的侧面示意图，图2是本专利技术实施例一红外光完美吸收器结构的俯视示意图。如图1和图2所示，本专利技术提供的红外光完美吸收器包括衬底4、在所述衬底4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外光完美吸收器，其特征在于，所述红外光完美吸收器包括衬底、在所述衬底上设置不透光的金属膜层以及在所述金属膜层上设置的胶体晶体‑金属薄膜共振结构层；其中，所述胶体晶体‑金属薄膜共振结构层由多个相同的胶体晶体颗粒以及沉积在每个所述胶体晶体颗粒上表面的金属薄膜组成；所述胶体晶体颗粒均匀排列在所述金属膜层上。

【技术特征摘要】
1.一种红外光完美吸收器，其特征在于，所述红外光完美吸收器包括衬底、在所述衬底上设置不透光的金属膜层以及在所述金属膜层上设置的胶体晶体-金属薄膜共振结构层；其中，所述胶体晶体-金属薄膜共振结构层由多个相同的胶体晶体颗粒以及沉积在每个所述胶体晶体颗粒上表面的金属薄膜组成；所述胶体晶体颗粒均匀排列在所述金属膜层上。2.根据权利要求1所述的红外光完美吸收器，其特征在于，所述胶体晶体颗粒的形状为球形；相邻所述胶体晶体颗粒的球心之间的距离相同。3.根据权利要求2所述的红外光完美吸收器，其特征在于，所述胶体晶体颗粒的直径为600nm～2000nm。4.根据权利要求1所述的红外光完美吸收器，其特征在于，所述胶体晶体颗粒上表面的金属薄膜的材料与所述金属膜层的材料相同。5.根据权利要求4所述的红外光完美吸收器，其特征在于，所述金属膜层的材料为金或银。6.根据权利要求1所述的红外光完美吸收器，其特征在于，所述金属膜层的厚度为50nm～200nm。7.根据权利要求1所述的红外光完美吸收器，其特征在于，所述衬底的材料为玻璃、硅片或柔性材料。8.一种红外光完美吸收器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘正奇，刘桂强，黄镇平，张后交，陈戬，余美东，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36