本发明专利技术公开了一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器及其制备方法，结构能够获得对太阳光的高吸收率，以及高温时的低发射率，实现了高温条件下对太阳能的高效光热转换，结构包括金属基底，金属基底上形成有第一介质膜层，第一介质膜层上形成有第一金属膜层，第一金属膜层上形成有第二介质膜层，第二介质膜层上设置有多个金属@介质纳米八棱柱构成的阵列；金属@介质纳米八棱柱包括位于底部的粗金属纳米八棱柱、设置在粗金属纳米八棱柱上表面的细金属纳米八棱柱，以及完整包覆粗金属纳米八棱柱、细金属纳米八棱柱外表面的介质纳米八棱柱。制备方法采用磁控溅射、电子束蒸发和电子束刻蚀方法，工艺控制方便，具有重要应用前景。应用前景。应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器及其制备方法
[0001]本专利技术涉及太阳能利用
，具体涉及一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器及其制备方法。
技术介绍
[0002]太阳内部的核聚变释放出取之不尽、用之不竭的清洁无污染的太阳能，高效的利用太阳能是解决能源危机、环境污染和全球变暖等问题的有效途径。太阳能发电技术主要有光伏发电、聚光太阳能热发电、热光伏发电等。在聚光太阳能热发电和热光伏发电中，均需要结构简单、光热转换效率高、能长期在高温环境下保持稳定的太阳光谱选择性吸收器来捕获太阳能。自从麦克斯韦方程提出以后，人们对微纳尺度的物质的散射特性和吸收特性进行了大量研究，其中可引起特殊光学响应的纳米结构来吸收光能就成为了学界和业界关注的重点。目前，学界和业界主要着眼于采用金属和介质复合的结构来引起空腔共振、局域表面等离子体共振、表面等离子体激元、磁极子共振等多种共振模式，以实现对太阳能的捕获 (International Journal of Heat and Mass Transfer,2019,140:453
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482.)。
[0003]近年来，文献中提出了很多种金属纳米结构的太阳能吸收器，包括有多层薄膜结构、一维与二维光栅等(Materials Today Physics,2021:100388.)。然而，现有的阳光吸收器大多存在一些关键问题，例如：在近红外波段吸收率较低，不能实现对太阳光的高效吸收；在高温下的发射率较高，不能实现对太阳能的高效转换；常用的金、银等贵金属与介质构成的吸收器在高温条件下极易失效且其制备成本过高；吸收器复杂，难以加工。鉴于此，亟需发展一种能实现对太阳能的高效转换、结构简单且在高温下具有较高的热稳定性与较低的发射率的选择性吸收器。
技术实现思路
[0004]为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器及其制备方法，制备的高温太阳光谱选择性吸收器能够获得对太阳光的高吸收率，以及高温时的低发射率，实现了高温条件下对太阳能的高效光热转换，制备方法工艺控制方便，具有重要的应用前景。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术提供了一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器，包括金属基底，所述金属基底上形成有第一介质膜层，所述第一介质膜层上形成有第一金属膜层，所述第一金属膜层上形成有第二介质膜层，所述第二介质膜层上设置有多个金属@介质纳米八棱柱构成的阵列；所述金属@介质纳米八棱柱包括位于底部的粗金属纳米八棱柱、设置在所述粗金属纳米八棱柱上表面的细金属纳米八棱柱，以及完整包覆于所述粗金属纳米八棱柱和所述细金属纳米八棱柱外表面的介质纳米八棱柱，所述的细金属纳米八棱柱的横截面小于粗金属纳米八棱柱；所述金属基底、所述第一金属膜层、所述粗金属纳米八棱柱与所述细金属纳米八棱柱的材料均为钨、铬、锆、铪和钽中的至少一种，所述第
一介质膜层、所述第二介质膜层与所述介质纳米八棱柱的材料均为二氧化铪和二氧化硅中的至少一种。
[0006]进一步地，所述金属@介质纳米八棱柱的八棱柱的横截面呈正八边形，多个所述金属@介质纳米八棱柱呈平行四边形点阵或八边形点阵排布。
[0007]进一步地，所述粗金属纳米八棱柱、所述细金属纳米八棱柱与所述介质纳米八棱柱的中心轴线相重合；所述介质纳米八棱柱的横截面的外接圆直径比所述粗金属纳米八棱柱的外接圆直径至少大20nm。
[0008]进一步地，所述介质纳米八棱柱的横截面的外接圆直径比所述粗金属纳米八棱柱的外接圆直径大20～500nm。
[0009]进一步地，所述细金属纳米八棱柱的横截面的外接圆直径小于所述粗金属纳米八棱柱的横截面的外接圆直径，且大于或等于所述粗金属纳米八棱柱的横截面的外接圆直径的一半；所述粗金属纳米八棱柱的横截面的外接圆的直径为100 nm～1000nm。
[0010]进一步地，所述粗金属纳米八棱柱与所述细金属纳米八棱柱的高度比为 (0.8～1.2):1；所述介质纳米八棱柱的高度大于或等于所述粗金属纳米八棱柱高度的三倍，且小于或等于所述粗金属纳米八棱柱高度的四倍。
[0011]进一步地，任意两个相邻的所述介质纳米八棱柱的中心轴的间距大于所述介质纳米八棱柱的横截面的外接圆直径，且小于或等于2000nm。
[0012]进一步地，所述金属基底的厚度大于100nm；所述第一金属膜层的厚度大于 15nm。
[0013]进一步地，所述第一介质膜层和所述第二介质膜层的厚度均为5nm～200nm。
[0014]本专利技术还提供了一种上述的基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器的制备方法，包括：首先采用磁控溅射将金属基底沉积于基板上；然后采用电子束蒸发将第一介质膜层沉积于金属基底上；其次采用磁控溅射将第一金属膜层沉积于第一介质膜层上；其次采用电子束蒸发将第二介质膜层沉积于第一金属膜层上；最后采用电子束刻蚀依次获得粗金属纳米八棱柱，细金属纳米八棱柱和完整包覆于粗金属纳米八棱柱和细金属纳米八棱柱外表面的介质纳米八棱柱。
[0015]与现有技术相比，本专利技术提供了全新结构的高温太阳光谱选择性吸收器，与现有的吸收器相比，本专利技术可以激发多种共振模式来实现对太阳光的捕获，粗金属纳米八棱柱与细金属纳米八棱柱的外表面可以激发表面等离子体激元，粗金属纳米八棱柱与细金属纳米八棱柱的顶点处可以激发局域表面等离子体共振，第一介质膜层区域与第二介质膜层区域可以激发磁极子共振，本专利技术激发的多种共振模式共同实现了高温下对AM1.5标准的太阳辐射高达0.961的吸收率，以及高达 0.886的光热转换效率。创新性地在第二介质膜层的平面上形成具有正八边形横截面的金属@介质复合材料阵列。研究发现，通过阵列中的金属@介质复合材料的正八边形结构特点及其芯部呈正八边形的双金属结构的协同，能够有效改善光吸收效果，并且能够降低高温下的发射率，从而改善材料的光热转化效率。
[0016]本专利技术采用耐高温的材料来实现高热稳定性，第一介质膜层、第二介质膜层和介质纳米八棱柱的材料为二氧化铪和二氧化硅中的至少一种，金属基底、第一金属膜层和金属纳米八棱柱的材料为钨、铬、锆、铪和钽中的至少一种。所采用的材料的熔点都超过了1700℃，并且第一金属膜层上的第二介质膜层和金属纳米八棱柱外的介质纳米八棱柱可防止金属材料由于高温导致的氧化和扩散，解决了采用金、银等贵金属的吸收器在高温下因
氧化和扩散而失效的问题。
[0017]本专利技术具有性能调控简单方便的特点，可以通过改变阵列的排列方式、几何参数或材料来调控其光热转换性能；采用了耐高温的金属材料与介质材料实现了良好的热稳定性。本专利技术实现了高温条件下的高光热转换效率，并且结构简单，工艺要求低，可以强化光热发电、热光伏发电等技术中对太阳辐射的吸收。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的结构示意图；
[0019]图2是本专利技术的一个结构单元的结构示意图；
[0020]图3是本专利技术的粗金属纳米八棱柱、细金属纳米八棱本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器，其特征在于，包括金属基底(1)，所述金属基底(1)上形成有第一介质膜层(2)，所述第一介质膜层(2)上形成有第一金属膜层(3)，所述第一金属膜层(3)上形成有第二介质膜层(4)，所述第二介质膜层(4)上设置有多个金属@介质纳米八棱柱(5)构成的阵列(10)；所述金属@介质纳米八棱柱(5)包括位于底部的粗金属纳米八棱柱(6)、设置在所述粗金属纳米八棱柱(6)上表面的细金属纳米八棱柱(7)，以及完整包覆于所述粗金属纳米八棱柱(6)和所述细金属纳米八棱柱(7)外表面的介质纳米八棱柱(8)，所述的细金属纳米八棱柱(7)的横截面小于粗金属纳米八棱柱(6)；所述金属基底(1)、所述第一金属膜层(3)、所述粗金属纳米八棱柱(6)与所述细金属纳米八棱柱(7)的材料均为钨、铬、锆、铪和钽中的至少一种，所述第一介质膜层(2)、所述第二介质膜层(4)与所述介质纳米八棱柱(8)的材料均为二氧化铪和二氧化硅中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器，其特征在于，所述金属@介质纳米八棱柱(5)的八棱柱的横截面呈正八边形，多个所述金属@介质纳米八棱柱(5)呈平行四边形点阵或八边形点阵排布。3.根据权利要求1所述的一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器，其特征在于，所述粗金属纳米八棱柱(6)、所述细金属纳米八棱柱(7)与所述介质纳米八棱柱(8)的中心轴线相重合；所述介质纳米八棱柱(8)的横截面的外接圆直径比所述粗金属纳米八棱柱(6)的外接圆直径至少大20nm。4.根据权利要求3所述的一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器，其特征在于，所述介质纳米八棱柱(8)的横截面的外接圆直径比所述粗金属纳米八棱柱(6)的外接圆直径大20～500nm。5.根据权利要求3所述的一种基于等离激元共振的高温太阳光谱选择性吸收器，其特征在于，所述细金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱羽，徐明攀，李庆，张鹏飞，王济康，张元婷，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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