基于納米結(jié)構(gòu)材料的光吸收特性及應(yīng)用研究.pdf

1、納米結(jié)構(gòu)材料與大尺寸材料相比，具有獨(dú)特的光吸收特性，在能源、傳感、新材料等許多領(lǐng)域有著重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。得益于納米加工與光學(xué)研究手段的飛速發(fā)展，大量傳統(tǒng)材料在納米尺度呈現(xiàn)出新的應(yīng)用潛力。本論文以石墨納米結(jié)構(gòu)材料和金納米顆粒材料作為切入點(diǎn)，探討其光吸收特性，及其在寬帶光吸收器件和光控微型人工肌肉方面的應(yīng)用。
　　首先，在薄層型光吸收器件方面，研究發(fā)現(xiàn)具有納米錐結(jié)構(gòu)表面的晶體石墨材料有高效率的寬帶光吸收性能。納米錐結(jié)構(gòu)在空氣與石墨

2、基底之間提供了等效折射率的匹配與漸變，減小了由于界面折射率突變引起的反射，從而將大部分入射光導(dǎo)入石墨基底進(jìn)行吸收。通過仿真分析，研究了石墨納米錐的結(jié)構(gòu)參數(shù)與其光吸收強(qiáng)度和帶寬之間的關(guān)聯(lián)。通過使用旋涂的金納米顆粒作為掩模進(jìn)行干法刻蝕，實(shí)驗(yàn)得到了在450-1800nm波長(zhǎng)范圍平均反射率僅為5％的石墨納米錐寬帶光吸收器件，結(jié)構(gòu)厚度僅為1μm。
　　第二，在超黑型光吸收器件方面，本文提出了使用石墨納米線與納米錐復(fù)合結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)反射率極低的高

3、效寬帶光吸收器件。器件頂層的石墨納米線具有亞波長(zhǎng)尺度的直徑和極低的材料密度，在空氣與器件的界面提供接近完美的折射率匹配;器件底層的石墨納米錐具有漸變的等效折射率，可以高效率地吸收穿過器件頂層納米線的入射光。通過實(shí)驗(yàn)建立了無需掩模的干法刻蝕工藝，制作出在500-1000nm波長(zhǎng)范圍平均積分球反射率僅0.7±0.07％的光吸收器件，結(jié)構(gòu)厚度小于5μm。與碳納米管超薄型光吸收器件相比，本文介紹的復(fù)合結(jié)構(gòu)光吸收器件在波長(zhǎng)1000nm處的積分球反

4、射率是其1/3左右，而厚度僅是其一半。
　　第三，在微型人工肌肉方面，本文介紹了一種利用納米金顆粒的光吸收特性，實(shí)現(xiàn)光學(xué)控制液晶彈性體微柱的方法。將吸收峰位于530nm波長(zhǎng)附近的納米金顆粒摻雜進(jìn)入僅對(duì)溫度有伸縮響應(yīng)的液晶彈性體微柱之中，在納米金顆粒的雙光子吸收和局域光熱轉(zhuǎn)換作用下，使用1064nm波長(zhǎng)光鑷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于液晶彈性體微柱的多種形態(tài)操控。這一方法實(shí)現(xiàn)了非接觸式的微型人工肌肉控制，可被應(yīng)用于微流通道開關(guān)控制等領(lǐng)域。在熱致向