超宽波段近红外吸收器制造技术

本发明专利技术公开了一种超宽波段近红外吸收器，包括：一衬底；在所述衬底上沉积的厚度不小于100纳米的第一金属膜层；在所述第一金属膜层上排列的混合有不同尺寸和/或不同材料的单层介质球阵列；在所述单层介质球阵列上沉积的第二金属膜层。本发明专利技术的超宽波段近红外吸收器对大角度入射的超宽频段近红外电磁波具有完美的吸收效果，并且对近红外电磁波的偏振特性不敏感。本发明专利技术的超宽波段近红外吸收器具有制作工艺简单、成本低、可重复性高和可大面积生产的优点，在电磁能量探测、吸收和转换等领域具有很大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超宽波段近红外吸收器，具体地说是一类新型的超宽波段的近红外电磁波完美吸收结构，可用于近红外电磁波吸收、探测以及热辐射仪等领域。
技术介绍
传统的近红外电磁波人工电磁材料(Meta materials)完美吸收器是基于一种单一尺寸等离子体谐振结构产生的单一频段的共振吸收，以及基于两种及以上不同尺寸的复杂等离子体谐振结构产生的两个及以上分立频段的共振吸收。这类吸收器结构设计复杂、尺寸面积有限且制作成本高，使得这类吸收器难以有效推广应用。目前研究者通过组合不同共振频段的共振单元以获得多个吸收频带从而展宽吸收带宽，但却进一步增加了制作工艺的难度和降低了生产的可重复性，限制了此类吸收器的实用性。有效的近红外完美吸收器必须同时具有足够宽的吸收波段、对角度不敏感和对偏振不敏感的特性，而其中宽的吸 收波段一直是研究者追求的重点也是现实应用的内在要求。局限于此类吸收器是基于内在的窄带局域等离子体共振吸收特性，继续开发和探索新型宽波段且低成本大面积的近红外吸收器已成为实现器件规模化和产业化发展的要求。
技术实现思路
专利技术目的针对上述现有技术存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种工艺制作技术要求低、成本低、高可重复性和可大面积生产的超宽波段近红外吸收器，达到宽带、大角度范围和偏振无关三个技术参数同时满足的超宽波段近红外的完美吸收，即结构的反射能量和透射能量几乎为零。技术方案为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为一种超宽波段近红外吸收器，包括一衬底；在所述衬底上沉积的厚度不小于100纳米的第一金属膜层；在所述第一金属膜层上排列的混合有不同尺寸和/或不同材料的单层介质球阵列；在所述单层介质球阵列上沉积的第二金属膜层。通过改变介质球的材料特性和几何尺寸以及混合的比率，可以实现所需波段的近红外超宽带完美吸收。进一步的，所述衬底的材料为玻璃、石英或硅片。进一步的，所述第一金属膜层和第二金属膜层的材料为金或银。进一步的，所述介质球的材料为聚苯乙烯或二氧化硅。进一步的，所述介质球的直径为800纳米至1600纳米。进一步的，所述单层介质球阵列为沿水平方向排列的阵列，由于球本身的高度对称性以及混排阵列的结构，本超宽波段近红外吸收器适用于大入射角和不同偏振角度近红外电磁波的吸收。进一步的，所述第二金属膜层的厚度为8纳米至50纳米。进一步的，所述第二金属膜层为半球形壳，第二金属膜层的厚度基于镀膜时间以及镀膜环境所决定，第二金属膜层厚度调制吸收强度和吸收带宽。进一步的，所述第二金属膜层垂直沉积在单层介质球阵列上。有益效果本专利技术的超宽波段近红外吸收器具有易于加工、成本低、可大面积制作和容易集成等优点；本专利技术的超宽波段近红外吸收器具有超宽频段特性，在红外探测、红外成像以及热辐射器等领域具有广阔的应用前景；本专利技术的超宽波段近红外吸收器对于大角度斜入射和不同偏振特性的红外电磁波都具有完美的吸收效果，在实际应用中，复杂的电磁环境，斜入射比正入射波更加普遍，不同偏振电磁波比同一偏振电磁波更加普遍，因此本专利技术能很好地适应复杂的电磁环境。附图说明图I为本专利技术的一种结构扫描电子显微镜图，其中介质球的材料为聚苯乙烯，直径为1080纳米和1570纳米，两种介质球的混合体积比率为1:1;图2为实例I中超宽波段近红外吸收器在近红外波微弱角度8度入射下的实验结果;图3为实例2中超宽波段近红外吸收器在近红外波微弱角度8度入射下的实验结果;图4为实例3中超宽波段近红外吸收器在近红外波微弱角度8度入射下的实验结果;图5为实例4中超宽波段近红外吸收器在近红外波微弱角度8度入射下的实验结果;图6为实例5中超宽波段近红外吸收器在近红外波微弱角度8度入射下的实验结果;图7为实例6中超宽波段近红外吸收器在近红外波微弱角度8度入射下的实验结果O具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。实施例I参见图1，本实施例选用两种单分散的聚苯乙烯微球(即介质球)，其直径为1080纳米和1570纳米，混合体积比率为I :1 ;首先在石英衬底上采用氩离子溅射镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的金膜；其次，在此金膜衬底上自组装二维混合排列的介质球阵列；然后采用氩离子溅射镀膜的方法在此二维介质球阵列表面直接沉积一层厚度为13纳米的金膜；参见图2，实验结果显示超宽波段近红外吸收器在波长I. 497微米、I. 735微米和2. 139微米处分别呈现99. 7%、98· 1%和98. 7%的吸收率；在波长处于1.36微米到I. 301微米之间的超宽波段中，吸收率均超过90%，达到一个超宽光谱的近完美吸收。实施例2本实施例选用两种单分散的聚苯乙烯微球，其直径为1080纳米和1570纳米，混合体积比率为I :1 ;首先在石英衬底上采用氩离子溅射镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的金膜；其次，在此金膜衬底上自组装二维混合排列的介质球阵列。然后采用氩离子溅射镀膜的方法在此二维介质球阵列表面直接沉积一层厚度为16纳米的金膜；参见图3，实验结果显示超宽波段近红外吸收器在波长I. 486微米、I. 731微米和2. 089微米处分别呈现98. 9%,98. 8%和98. 5%的吸收率；在波长处于I. 36微米到I. 219微米之间的超宽波段中，吸收率均超过90%，达到一个超宽光谱的近完美吸收。 实施例3本实施例选用两种单分散的聚苯乙烯微球，其直径为1080纳米和1570纳米，混合体积比率为I :1 ;首先在玻璃衬底上采用氩离子溅射镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的金膜；其次，在此金膜衬底上自组装二维混合排列的介质球阵列。然后采用氩离子溅射镀膜的方法在此二维介质球阵列表面直接沉积一层厚度为20纳米的金膜；参见图4，实验结果显示超宽波段近红外吸收器在波长I. 467微米、I. 754微米和2. 056微米处分别呈现97. 5%,98. 8%和98. 7%的吸收率；在波长处于I. 36微米到I. 221微米之间的超宽波段中，吸收率均超过90%，达到一个超宽光谱的近完美吸收。实施例4本实施例选用两种单分散的聚苯乙烯微球，其直径为1080纳米和1570纳米，混合体积比率为I :1 ;首先在硅片衬底上采用氩离子溅射镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的金膜；其次，在此金膜衬底上自组装二维混合排列的介质球阵列。然后采用氩离子溅射镀膜的方法在此二维介质球阵列表面直接沉积一层厚度为8纳米的金膜；参见图5，实验结果显示超宽波段近红外吸收器在波长I. 531微米和2. 262微米处分别呈现98. 2%和99. 2%的吸收率。实施例5本实施例选用两种单分散的聚苯乙烯微球，其直径为1080纳米和1570纳米，混合体积比率为2 1 ;首先在石英衬底上采用氩离子溅射镀膜的方法沉积一层厚度为100纳米的金膜；其次，在此金膜衬底上自组装二维混合排列的介质球阵列。然后采用氩离子溅射镀膜的方法在此二维介质球阵列表面直接沉积一层厚度为13纳米的金膜；参见图6，实验结果显示在波长处于I. 36微米到2. 42微米之间的超宽波段中，吸收率均超过90%，达到一个超宽光谱的近本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超宽波段近红外吸收器，包括：一衬底；在所述衬底上沉积的厚度不小于100纳米的第一金属膜层；在所述第一金属膜层上排列的混合有不同尺寸和/或不同材料的单层介质球阵列；在所述单层介质球阵列上沉积的第二金属膜层。

【技术特征摘要】
1.一种超宽波段近红外吸收器，包括 一衬底； 在所述衬底上沉积的厚度不小于100纳米的第一金属膜层； 在所述第一金属膜层上排列的混合有不同尺寸和/或不同材料的单层介质球阵列； 在所述单层介质球阵列上沉积的第二金属膜层。2.根据权利要求I所述双宽带近红外吸收器，其特征在于所述衬底的材料为玻璃、石英或硅片。3.根据权利要求I所述双宽带近红外吸收器，其特征在于所述第一金属膜层和第二金属膜层的材料为金或银。4.根据权利要求I所述双宽带近红外吸收器，其特征在于所述介质球的材料为聚苯乙烯或二氧化硅。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘正奇，王振林，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：