可见光多频超材料吸收器的制备工艺及性能的研究.pdfVIP

材 料 2012年第7期(43)卷 可见光多频超材料吸收器的制备工艺及性能的研究 马鹤立，宋 坤，周 亮，赵晓鹏 (西北工业大学 应用物理系智能材料实验室 ，陕西 西安 710129) 摘 要： 利用电化学沉积 自组装法制备 了具有纳米 不同尺寸的结构单元组成多层结构口。和将不 同的谐 银树枝结构单元的超材料吸收器。该吸收器采用 “金 振结构整合在同一结构单元_l ，双频工作超材料吸 属谐振结构单元层一绝缘层一金属层”复合 结构 ，由直径 收器也得以实现。但是，目前 已报道的超材料吸收器 7O～140nm、非周期排列的银树枝结构单元，与聚 乙烯 都采用 了标 准 刻蚀 法 (standardphotolithography 醇绝缘层和纳米银金属层组合而成。通过改变电化学 method)制造 ，其成本和加工周期都十分可观。尤其 沉积过程中的条件 ，如沉积 电压和聚 乙二醇一20000浓 刻蚀纳米量级尺寸的结构单元时，标准刻蚀法加工显 度 ，可以实现对超材料吸收器吸收频率点数量和吸收 得极为困难 ，难 以满足可见光超材料吸收器的设计要 强度的可控调节。实验表 明这种吸收器可在 538和 求。由于受到这种限制，已报道 的结构单元最小的超 656nm 实现强度为 21．1％和 24．8 的多频吸收。这 材料吸收器仅能在近红外波段实现单频吸收。 种超材料吸收器具有制备工艺简单，制备成本低廉 ，样 Zhu等通过仿真实验，提出并验证 了周期n 或非 品工作面积大等特点。 周期[2叼各向同性分形树枝状结构单元超材料吸收器 关键词 ： 可见光 ；超材料；吸收器 ；电化学沉积 的设计思想 。课题组利用 “自下而上”的电化学沉积 自 中图分类号 ： TB321；TB381 文献标识码：A 主装法制备了能在红外 、可见光[2。]波段工作的 文章编号：1001—9731(2012)07—0884—04 树枝状结构单元超材料。而本文是基于上述的两项工 作 ，利用电化学沉积法 ，设计并制备 了一种具有 “银树 1 引 言 枝结构单元层一PVA电介质层一银金属层”复合结构的 超材料吸收器 (metamaterialabsorber)，又称为 超材料吸收器 。并通过改变沉积条件 ，研究沉积 电压 “完美吸收器”(perfectabsorber)，是一种利用超材料 和 PEG浓度对这种超材料吸收器吸收性能的影响。 谐振特性实现超高 电磁吸波能力的新型器件 ，它是近 这种超材料吸收器不仅首次实现了在可见光频段对入 几年发展起来的超材料 (metamateria1)口理论 的一个 射光波的吸收，而且具有多个吸收频率点。这种可见 重要的分支 。通过特殊的结构设计，如开 口环结构[2]、 光多频超材料吸收器的实现为高光谱分辨成像和空间 短杆对结构I3]、渔网结构[4等 ，超材料结构单元能够对 光调制技术提供了新的思路。 特定频率的电磁波发生响应，产生 电磁谐振 ，使得材料 2 实 验 的有效介电常数和有效磁导率1或为负值，实现诸 如 “负折射 、“完美透镜”[引、“隐身斗篷”[等奇异 的 2．1 制备过程 光学现象。但这种谐振常伴随着巨大的能量损耗 ，使 电化学沉积法制备银树枝结构单元超材料吸收器 得超材料的实际工程应用价值受到了极大的限制。 的流程如下 ： 2008年 ，N．I．Landy等_8]设计了一种 “电谐振环一绝缘 (1)将镀有氧化铟锡 (ITO)导电薄膜 的导电玻璃 层一