基于納米結(jié)構(gòu)材料的光吸收特性及應用研究.pdf

1、納米結(jié)構(gòu)材料與大尺寸材料相比，具有獨特的光吸收特性，在能源、傳感、新材料等許多領域有著重要的研究和應用價值。得益于納米加工與光學研究手段的飛速發(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，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入石墨基底進行吸收。通過仿真分析，研究了石墨納米錐的結(jié)構(gòu)參數(shù)與其光吸收強度和帶寬之間的關聯(lián)。通過使用旋涂的金納米顆粒作為掩模進行干法刻蝕，實驗得到了在450-1800nm波長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合結(jié)構(gòu)來實現(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。通過實驗建立了無需掩模的干法刻蝕工藝，制作出在500-1000nm波長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，本文介紹的復合結(jié)構(gòu)光吸收器件在波長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，實現(xiàn)光學控制液晶彈性體微柱的方法。將吸收峰位于530nm波長附近的納米金顆粒摻雜進入僅對溫度有伸縮響應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波長光鑷系統(tǒng)實現(xiàn)了對于液晶彈性體微柱的多種形態(tài)操控。這一方法實現(xiàn)了非接觸式的微型人工肌肉控制，可被應用于微流通道開關控制等領域。在熱致向