有序铜纳米线阵列的制备及其光吸收性能研究

摘要

纳米材料与传统材料相比，有表面与界面效应、量子尺寸效应等物理性能。当物体尺寸小于光的波长时，这些具有纳米尺寸的材料容易与电磁波相互作用，使材料具有优异的光吸收性能，从而使材料在黑体辐射、生物传感器、光学探测、太阳能电池等方面有很多潜在应用。因此，近些年来关于光吸收材料研究比比皆是。研究表明纳米材料的微观结构对光的吸收性能影响较大。本论文主要内容是是研究材料表面的微观纳米结构及其光吸收性能，实现提高材料的光吸收效率和调控材料的光吸收效率的目的。 第一部分，铜纳米线阵列的制备及其光吸收性能研究。本论文先用交流电沉积的方法在氧化铝模板中沉积铜纳米线，再通过化学腐蚀方法得到露头铜纳米线阵列，然后利用磁控溅射法在露头铜纳米线阵列上溅射一层铜膜，使纳米线阵列“栽种”到纳米薄膜中，最后得到长在铜膜上的铜纳米线阵列。采用XRD、SEM分析测试手段对所得样品进行表征。结果表明，成功制备出铜纳米阵列，其顶端呈现出多级分叉结构。对制备出的样品制备在300-2000 nm较宽的波长范围内进行吸收光谱测试。结果表明，铜纳米线阵列在较宽波长范围内可到达较高的光吸收效率，吸收率为90%以上。 第二部分，铜纳米管阵列薄膜及其光吸收性能研究。本论文通过磁控溅射法在大孔径的阳极氧化铝模板孔洞的内壁上长出铜纳米管。采用XRD、SEM分析测试手段对铜纳米管阵列进行表征。研究发现，不同的磁控溅射速率对铜纳米管的管壁厚度影响很大，管壁厚度能在几十个纳米到几百纳米范围内可控。另外，不同的腐蚀时间对铜纳米管形貌影响较大。对制备出的样品在300-2000 nm较宽的波长范围内进行吸收光谱测试。结构表明，铜纳米管薄膜在较宽波长范围内具有较高的光吸收效率，吸收率最高可达95%以上。 综上所述，我们成功的通过纳米技术制备出具有规则阵列的纳米线或者纳米管结构，对其进行测试得到结果是它们在紫外-可见光-近红外较宽波段范围内 对光有较高的吸收，最高可以达到95%以上。我们制备的这种宽波段完美吸光材料有望在隐身材料，太阳能电池及红外吸收材料方面有潜在的应用。

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