基于亚波长人工结构光谱操控的近完美吸收/反射材料研究
发布时间：2024-03-20 05:07
基于亚波长人工结构的近完美吸收/反射材料能够对光谱进行有目的、有选择性地剪裁与操控,在新能源、传感器、光谱探测成像、杂散光抑制、光子器件、纳米尺度光热转化与传递等众多领域都有着广阔的应用前景。因此,成为当前研究的热点。本论文主要研究基于光学性质可调控的纳米复合薄膜及其亚波长人工光子结构,对从近紫外到中远红外多个波段的光谱进行剪裁操控,以获得对太阳光谱和红外辐射谱有选择吸收/反射特性的材料和对可见光及红外光近完美吸收/反射的材料。取得的主要研究结果概括如下:1.研究制备出了高性能太阳光谱选择性吸收材料,实现了对太阳光谱和红外辐射谱近完美的选择性吸收/反射操控。提出了基于Ti N靶材制备Ti NxOy薄膜的新途径,并通过对Ti NxOy薄膜的组分进行调节,实现了对其光电性能从类金属态到介质态的系统调控。基于光学常数可调节的Ti NxOy薄膜,结合多层膜陷光体系结构,设计并制备出了大面积(100×100 mm)、适合于包括柔性基底在内的各种基底、总厚度仅200余纳米的高性能太阳光谱选择性吸收材料。其太阳光吸收率和热发射率分别达到97.5%、4.3%(100℃),而且在入射角度不大于65°时一...
【文章页数】：193 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 研究背景
1.1.1 光在物质中的吸收、反射与透射
1.1.2 自然界中基于亚波长结构的光吸收/反射材料
1.1.3 几类基于亚波长人工结构的光吸收/反射材料
1.2 近完美吸收/反射材料的应用
1.2.1 近完美吸收/反射材料在新能源及节能中的应用
1.2.2 近完美吸收/反射材料在传感器及光谱探测上的应用
1.2.3 近完美吸收/反射材料在杂散光抑制与激光隐身上的应用
1.2.4 其它应用
1.3 近完美吸收/反射材料研究现状
1.3.1 太阳光谱选择性吸收/反射材料研究现状
1.3.2 可见光近完美吸收/反射材料研究现状
1.3.3 红外光近完美吸收/反射材料研究现状
1.4 理论研究方法简介
1.5 本论文工作安排
第二章太阳光谱选择性吸收材料
2.1 引言
2.2 实验方法
2.2.1 实验设备及制备方法
2.2.2 测试表征设备简介
2.3 关键吸收材料TINxOy薄膜的制备及其光电性质调节
2.3.1 基于TiN陶瓷靶制备TiNxOy薄膜的工艺
2.3.2 TiNxOy薄膜光学性能的调控
2.3.3 TiNxOy薄膜电学性能的调控
2.3.4 TiN陶瓷靶制备TiNxOy薄膜工艺的可重复性
2.4 基于TINXOY薄膜的高性能太阳光谱选择性吸收结构
2.4.1 Cu/TiNxOy结构的吸收/反射谱特性
2.4.2 Cu/TiNxOy/多层介质太阳光谱选择性吸收结构的吸收/反射谱特性
2.4.3 Cu/TiNxOy/多层介质吸收结构对各种衬底的适用性
2.4.4 Cu/TiNxOy/多层介质结构的耐高温及可钢化特性
2.4.5 国家权威机构的检测报告
2.5 无定形碳膜辅助的超高吸收太阳光谱选择性吸收结构
2.5.1 磁控溅射无定形碳膜的光学性质
2.5.2 Cu/TiNxOy/a-C/Si3N4/SiO2太阳光谱选择性结构的吸收/反射谱特性
2.6 本章小结
第三章 彩色及多色集成的太阳光谱选择性吸收材料
3.1 引言
3.2 彩色太阳光谱选择性吸收结构
3.2.1 结构设计
3.2.2 理论计算与分析
3.2.3 实验结果与讨论
3.3 彩色光谱选择性吸收材料与温差电池结合产生的光热电效应
3.3.1 实验制备与测试
3.3.2 实验结果与讨论
3.4 单片集成多色太阳光谱选择性吸收阵列结构
3.4.1 结构设计
3.4.2 理论计算与分析
3.4.3 实验结果与讨论
3.5 可见光低反射的彩色低辐射结构设计
3.5.1 结构设计及工作原理
3.5.2 结果与分析
3.6 新型太阳能集热器结构设计
3.6.1 吸收、发射功能分离的新型平板太阳能集热器结构设计
3.6.2 智能防过热塑料平板太阳能集热器结构设计
3.7 本章小结
第四章 可见光近完美吸收/反射材料
4.1 引言
4.2 基于TIN-ALN复合超材料的可见光宽带近完美吸收结构设计
4.2.1 结构设计
4.2.2 计算结果与分析
4.3 基于TIALN纳米复合薄膜的可见光宽带近完美吸收结构制备
4.3.1 TiAlN纳米复合薄膜的制备与光学性质调控
4.3.2 基于TiAlN薄膜的可见光宽带近完美吸收结构制备
4.4 SI3N4/TIN一维类周期可见光宽带近完美吸收结构设计
4.5 可见光宽带近完美吸收材料在光学系统中消杂光的应用
4.6 能对可见光谱进行任意剪裁的近完美吸收/反射结构设计
4.7 本章小结
第五章 红外光近完美吸收/反射材料
5.1 引言
5.2 TISIN纳米复合薄膜制备及其光学性质调节
5.3 基于TISIN的近红外近完美吸收/发射结构
5.3.1 基于TiSiN的近红外超宽带近完美吸收/发射结构设计
5.3.2 基于TiSiN的近红外超窄带近完美吸收/发射结构设计
5.4 基于过渡金属或其硅化物的中红外近完美吸收/发射结构
5.4.1 几种过渡金属及其硅化物的光学常数
5.4.2 基于过渡金属或其硅化物的中红外超宽带近完美吸收/发射结构设计
5.4.3 能对红外光谱进行任意剪裁的近完美吸收/反射结构设计
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 研究展望
参考文献
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3933006
【文章页数】：193 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 研究背景
1.1.1 光在物质中的吸收、反射与透射
1.1.2 自然界中基于亚波长结构的光吸收/反射材料
1.1.3 几类基于亚波长人工结构的光吸收/反射材料
1.2 近完美吸收/反射材料的应用
1.2.1 近完美吸收/反射材料在新能源及节能中的应用
1.2.2 近完美吸收/反射材料在传感器及光谱探测上的应用
1.2.3 近完美吸收/反射材料在杂散光抑制与激光隐身上的应用
1.2.4 其它应用
1.3 近完美吸收/反射材料研究现状
1.3.1 太阳光谱选择性吸收/反射材料研究现状
1.3.2 可见光近完美吸收/反射材料研究现状
1.3.3 红外光近完美吸收/反射材料研究现状
1.4 理论研究方法简介
1.5 本论文工作安排
第二章太阳光谱选择性吸收材料
2.1 引言
2.2 实验方法
2.2.1 实验设备及制备方法
2.2.2 测试表征设备简介
2.3 关键吸收材料TINxOy薄膜的制备及其光电性质调节
2.3.1 基于TiN陶瓷靶制备TiNxOy薄膜的工艺
2.3.2 TiNxOy薄膜光学性能的调控
2.3.3 TiNxOy薄膜电学性能的调控
2.3.4 TiN陶瓷靶制备TiNxOy薄膜工艺的可重复性
2.4 基于TINXOY薄膜的高性能太阳光谱选择性吸收结构
2.4.1 Cu/TiNxOy结构的吸收/反射谱特性
2.4.2 Cu/TiNxOy/多层介质太阳光谱选择性吸收结构的吸收/反射谱特性
2.4.3 Cu/TiNxOy/多层介质吸收结构对各种衬底的适用性
2.4.4 Cu/TiNxOy/多层介质结构的耐高温及可钢化特性
2.4.5 国家权威机构的检测报告
2.5 无定形碳膜辅助的超高吸收太阳光谱选择性吸收结构
2.5.1 磁控溅射无定形碳膜的光学性质
2.5.2 Cu/TiNxOy/a-C/Si3N4/SiO2太阳光谱选择性结构的吸收/反射谱特性
2.6 本章小结
第三章 彩色及多色集成的太阳光谱选择性吸收材料
3.1 引言
3.2 彩色太阳光谱选择性吸收结构
3.2.1 结构设计
3.2.2 理论计算与分析
3.2.3 实验结果与讨论
3.3 彩色光谱选择性吸收材料与温差电池结合产生的光热电效应
3.3.1 实验制备与测试
3.3.2 实验结果与讨论
3.4 单片集成多色太阳光谱选择性吸收阵列结构
3.4.1 结构设计
3.4.2 理论计算与分析
3.4.3 实验结果与讨论
3.5 可见光低反射的彩色低辐射结构设计
3.5.1 结构设计及工作原理
3.5.2 结果与分析
3.6 新型太阳能集热器结构设计
3.6.1 吸收、发射功能分离的新型平板太阳能集热器结构设计
3.6.2 智能防过热塑料平板太阳能集热器结构设计
3.7 本章小结
第四章 可见光近完美吸收/反射材料
4.1 引言
4.2 基于TIN-ALN复合超材料的可见光宽带近完美吸收结构设计
4.2.1 结构设计
4.2.2 计算结果与分析
4.3 基于TIALN纳米复合薄膜的可见光宽带近完美吸收结构制备
4.3.1 TiAlN纳米复合薄膜的制备与光学性质调控
4.3.2 基于TiAlN薄膜的可见光宽带近完美吸收结构制备
4.4 SI3N4/TIN一维类周期可见光宽带近完美吸收结构设计
4.5 可见光宽带近完美吸收材料在光学系统中消杂光的应用
4.6 能对可见光谱进行任意剪裁的近完美吸收/反射结构设计
4.7 本章小结
第五章 红外光近完美吸收/反射材料
5.1 引言
5.2 TISIN纳米复合薄膜制备及其光学性质调节
5.3 基于TISIN的近红外近完美吸收/发射结构
5.3.1 基于TiSiN的近红外超宽带近完美吸收/发射结构设计
5.3.2 基于TiSiN的近红外超窄带近完美吸收/发射结构设计
5.4 基于过渡金属或其硅化物的中红外近完美吸收/发射结构
5.4.1 几种过渡金属及其硅化物的光学常数
5.4.2 基于过渡金属或其硅化物的中红外超宽带近完美吸收/发射结构设计
5.4.3 能对红外光谱进行任意剪裁的近完美吸收/反射结构设计
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 研究展望
参考文献
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3933006
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/3933006.html