基于表面等离激元振荡腔可见高吸收红外高反射机制研究

摘要

在远红外波段保持薄膜高反射性能的同时，满足薄膜在可见光波段的高吸收特性是近年来制备红外低发射涂层的研究热点。表面等离激元包括光的选择性吸收、电磁场增强等特殊的光学性质，是许多金属纳米颗粒结构吸收体的基础，可以在纳米尺度实现大面积的完美吸收，对红外波段影响较小，在红外低发射涂层的制备中具有良好应用前景。 本文主要研究了不同结构的基于等离激元振荡腔的可见光波段高吸收、远红外波段高反射的金属纳米颗粒/介质/金属结构机制及薄膜制备方法。主要内容包括： 使用高级数值仿真软件COMSOL设计多种不同材料、尺寸、周期的周期性金属纳米颗粒/介质/金属结构，纳米颗粒包括银立方体和金岛，计算得到整体结构的可见光波段反射率、远红外波段反射率及电场磁场图，通过调整金属颗粒尺寸、材料、形状、介质层厚度、周期性等参数，得到最佳设计结构；周期性金属纳米颗粒/介质/金属结构在可见光波段所产生的共振峰吸收率的提高和共振峰位置的机制研究，主要包括局域等离激元共振模式、腔体模式、金属本身的光电吸收等；利用磁控溅射、化学合成、纳米颗粒自组装等方法进行设计结构的实验制备，完成不同结构、介质层厚度的薄膜制备及对比实验，使用紫外/可见分光光度计测试可见光波段反射谱，分析不同位置等离激元振荡腔所产生共振峰机制，使用傅里叶红外光谱仪测试远红外波段反射谱，确定红外反射率下降程度，并与仿真数据进行对比分析。结果表明，基于等离激元模式的可见高吸收红外高反射薄膜具有显著优势和研究价值。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 国内外研究历史与现状

1.2.1 可见光高吸收远红外高反射涂层研究现状

1.2.2 基于等离激元共振模式吸收体研究现状

1.3 本文的研究目的和主要内容

1.4 本论文的结构安排

第二章 理论基础和实验表征方法

2.1 等离激元共振模式

2.2 数值仿真建模和分析

2.3.1 分光光度计

2.3.2 傅里叶红外光谱仪

2.3.3 扫描电子显微镜

2.4 本章小结

第三章 周期性金属/介质/金属结构数值仿真及机制研究

3.1 周期性银立方体/介质/金属结构数值仿真及机制研究

3.1.1 单一尺寸周期性银立方体/介质/金属结构数值仿真及机制研究

3.1.2 混合尺寸周期性银立方体/介质/金属结构数值仿真及机制研究

3.2 周期性金纳米颗粒/介质/金属结构数值仿真及机制研究

3.3 本章小结

第四章 银立方体/介质/金属结构薄膜

4.1 银立方体的制备

4.1.1 银立方体的生长原理

4.1.2 银立方体的制备过程

4.2 银立方体/介质/金属结构薄膜制备与表征

4.3 本章小结

第五章 金纳米颗粒/介质/金属结构薄膜

5.1.1 金纳米球的合成原理

5.1.2 金纳米球的制备方法

5.1.3 金纳米球的表征

5.2.1 金纳米球自组装法

5.2.2 磁控溅射镀金膜法

5.3 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果