一种可见光吸收纳米阵列及其应用制造技术

本发明专利技术涉及纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种可见光吸收纳米阵列，其由呈周期性排布的纳米柱构成，所述的纳米柱之间具有固定结构周期，所述的纳米柱之间的介质为空气。本发明专利技术克服了现有技术中的可见光吸收器其光吸收波段较窄，导致其应用受到限制的缺陷，通过本发明专利技术中得到的纳米阵列能够有效用于构建周期频率可、调宽频可见光吸收器件，可用于研究等离子体吸收与结构内电磁场谐振模式之间的关系。

A visible light absorbing nano array and its application

【技术实现步骤摘要】
一种可见光吸收纳米阵列及其应用
本专利技术涉及纳米复合材料
，尤其涉及一种可见光吸收纳米阵列及其在可见光吸收器件中的应用。
技术介绍
研究表明，当材料结构尺寸小于入射光波长时，其与光的相互作用在宏观上产生不同于体材料的物理、化学性能，且在纳米尺度的调控范围上可实现任意光谱裁剪。根据公式A=1-R-T便可以达到最大值，通过对微纳结构表面等离子体的的调控可以实现指定波长或波段电磁波的近完美吸收。基于纳米周期性结构的吸收器，不仅光能利用率高、带宽可调，且易于集成，在光伏、光电子、传感、探测、无油墨印刷、光热转换器等领域具有潜在应用前景。例如，针对防伪、结构色应用，需要实现单波长近完美吸收，且峰值位置灵敏可调；针对印刷业的三基色叠加原理不能产生黑色的问题，及光伏产业对太阳能的利用效率低的问题，需要实现可见光宽波段广角吸收功能。因此，在可见光波段范围，实现单波长或宽波段近完美吸收是可见光吸收器件应用领域需要解决的问题。现有技术中的光吸收器（例如申请号为201210146948.9的中国专利）通常为单一的平整介质膜层或者波导膜层，由于受限于其结构，其往往只能与特定波长的光进行耦合，导致其难以获得宽波段的光吸收，因而其应用范围相较于具有宽波段的光吸收器而言具有较大的限制。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中的可见光吸收器其光吸收波段较窄，导致其应用受到限制的缺陷，提供了一种能够具有宽光谱吸收范围，同时频率可调的可见光吸收纳米阵列及其应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种可见光吸收纳米阵列，所述的纳米阵列由呈周期性排布的纳米柱构成，所述的纳米柱之间具有固定结构周期，所述的纳米柱之间的介质为空气。作为优选，所述的纳米阵列中的纳米柱其形状、大小以及高度均相同。作为优选，所述的纳米柱构呈长方体、圆柱体或者锥形。作为优选，所述的纳米柱构呈长方体，其长度为15~30nm，宽度为15~30nm，高度为200~2000nm。作为优选，所述的纳米柱构为长宽均为20nm，高度为1800nm的长方体结构。作为优选，所述的纳米柱构在纳米阵列中的结构周期20~30nm。一种如前所述的可见光吸收纳米阵列在可见光吸收器件中的应用。本专利技术中的纳米阵列由于其存在大量长程等间距的纳米缝隙，通过此缝隙可以构建出等间距的等离子体谐振位点，不同激发波长激发下谐振位点的分布形式有所不同。经过有限差分时域法（FDTD）以及理论计算我们发现随着结构的高度的增减，阵列缝隙中的谐振位点的排列方式随之增加，宏观上表现为接结构的透射峰位增加。所以通过对阵列高度的调整可以构建出吸收频段和周期可调的特殊光学结构，利用这种结构的特殊光学性能我们可以构建出吸收频段和周期可调的吸收光学器件。因此，本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术中的纳米阵列其具有宽光谱吸收范围，同时频率可调；（2）本专利技术可用于构建吸收频段和周期可调的吸收器；（3）本专利技术可用于研究等离子体吸收与结构内电磁场谐振模式之间的关系。附图说明图1是周期纳米柱阵列结构示意图。图2是模拟计算出的阵列的高度参数扫描透射谱图。图3是模拟计算出的阵列的高度分别为200nm,1000nm,1800nm,结构的透射率谱图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步描述，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是实施例，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。实施例1如图1所示，一种光吸收器，其由可见光吸收纳米阵列构成，所述的纳米阵列由呈周期性排布，且形状、大小以及高度均相同的长方体纳米柱构成，其长度为20nm，宽度为20nm，高度为200~2000nm，所述的纳米柱构在纳米阵列中的结构周期25nm，所述的纳米柱之间的介质为空气。实施例2一种可见光吸收纳米阵列，所述的纳米阵列由呈周期性排布，且形状、大小以及高度均相同的圆柱体纳米柱构成，其直径为30nm，高度为200~2000nm，所述的纳米柱构在纳米阵列中的结构周期20nm，所述的纳米柱之间的介质为空气。实施例3一种光吸收器，其由可见光吸收纳米阵列构成，所述的纳米阵列由呈周期性排布，且形状、大小以及高度均相同的长方体纳米柱构成，其长度为30nm，宽度为15nm，高度为200~2000nm，所述的纳米柱构在纳米阵列中的结构周期20nm，所述的纳米柱之间的介质为空气。实施例4一种光吸收器，其由可见光吸收纳米阵列构成，所述的纳米阵列由呈周期性排布，且形状、大小以及高度均相同的长方体纳米柱构成，其长度为25nm，宽度为20nm，高度为200~2000nm，所述的纳米柱构在纳米阵列中的结构周期30nm，所述的纳米柱之间的介质为空气。对实施例1中得到的纳米阵列采用加拿大lumerical公司提供的时域求解麦克斯韦方程软件对周期纳米柱阵列结构进行理论模拟，其结构模型图见图1。然后通过对阵列的高度的扫描模拟计算出随高度变化的扫描透射谱图，其如图2所示，通过图2可以看到周期纳米柱阵列的透射强度随着阵列的高度的增加呈周期变化，随着阵列的高度的增加结构的透射峰位个数增加，并且随着阵列高度的变化，透射峰位也有所移动。我们将高度分别为200nm,1000nm,1800nm,结构的透射率谱图切片出来（见图3）。可以看到结构的透射峰有明显数量的变化，阵列的高度较高时，透射谱的透射强度随着波长的变化呈周期性变化。综上所述，通过上述方法可以构建吸收频段和周期可调的吸收器，同时通过分析这种变化规律可以深入研究等离子体吸收与结构内电磁场谐振模式之间的关系。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可见光吸收纳米阵列，其特征在于，所述的纳米阵列由呈周期性排布的纳米柱构成，所述的纳米柱之间具有固定结构周期，所述的纳米柱之间的介质为空气。/n

【技术特征摘要】
1.一种可见光吸收纳米阵列，其特征在于，所述的纳米阵列由呈周期性排布的纳米柱构成，所述的纳米柱之间具有固定结构周期，所述的纳米柱之间的介质为空气。


2.根据权利要求1所述的一种可见光吸收纳米阵列，其特征在于，所述的纳米阵列中的纳米柱其形状、大小以及高度均相同。


3.根据权利要求2所述的一种可见光吸收纳米阵列，其特征在于，所述的纳米柱构呈长方体、圆柱体或者锥形。


4.根据权利要求1或2或3所述的一种可见光吸收纳米阵列，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永军，赵晓宇，王雅新，温嘉红，陈雷，高稔现，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33