發(fā)布時間：2024-03-20 05:07

　　基于亞波長人工結構的近完美吸收/反射材料能夠對光譜進行有目的、有選擇性地剪裁與操控,在新能源、傳感器、光譜探測成像、雜散光抑制、光子器件、納米尺度光熱轉化與傳遞等眾多領域都有著廣闊的應用前景。因此,成為當前研究的熱點。本論文主要研究基于光學性質可調(diào)控的納米復合薄膜及其亞波長人工光子結構,對從近紫外到中遠紅外多個波段的光譜進行剪裁操控,以獲得對太陽光譜和紅外輻射譜有選擇吸收/反射特性的材料和對可見光及紅外光近完美吸收/反射的材料。取得的主要研究結果概括如下:1.研究制備出了高性能太陽光譜選擇性吸收材料,實現(xiàn)了對太陽光譜和紅外輻射譜近完美的選擇性吸收/反射操控。提出了基于Ti N靶材制備Ti NxOy薄膜的新途徑,并通過對Ti NxOy薄膜的組分進行調(diào)節(jié),實現(xiàn)了對其光電性能從類金屬態(tài)到介質態(tài)的系統(tǒng)調(diào)控。基于光學常數(shù)可調(diào)節(jié)的Ti NxOy薄膜,結合多層膜陷光體系結構,設計并制備出了大面積(100×100 mm)、適合于包括柔性基底在內(nèi)的各種基底、總厚度僅200余納米的高性能太陽光譜選擇性吸收材料。其太陽光吸收率和熱發(fā)射率分別達到97.5%、4.3%(100℃),而且在入射角度不大于65°時一...

【文章頁數(shù)】：193 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 研究背景
        1.1.1 光在物質中的吸收、反射與透射
        1.1.2 自然界中基于亞波長結構的光吸收/反射材料
        1.1.3 幾類基于亞波長人工結構的光吸收/反射材料
    1.2 近完美吸收/反射材料的應用
        1.2.1 近完美吸收/反射材料在新能源及節(jié)能中的應用
        1.2.2 近完美吸收/反射材料在傳感器及光譜探測上的應用
        1.2.3 近完美吸收/反射材料在雜散光抑制與激光隱身上的應用
        1.2.4 其它應用
    1.3 近完美吸收/反射材料研究現(xiàn)狀
        1.3.1 太陽光譜選擇性吸收/反射材料研究現(xiàn)狀
        1.3.2 可見光近完美吸收/反射材料研究現(xiàn)狀
        1.3.3 紅外光近完美吸收/反射材料研究現(xiàn)狀
    1.4 理論研究方法簡介
    1.5 本論文工作安排
第二章太陽光譜選擇性吸收材料
    2.1 引言
    2.2 實驗方法
        2.2.1 實驗設備及制備方法
        2.2.2 測試表征設備簡介
    2.3 關鍵吸收材料TIN_xO_y薄膜的制備及其光電性質調(diào)節(jié)
        2.3.1 基于TiN陶瓷靶制備TiN_xO_y薄膜的工藝
        2.3.2 TiN_xO_y薄膜光學性能的調(diào)控
        2.3.3 TiN_xO_y薄膜電學性能的調(diào)控
        2.3.4 TiN陶瓷靶制備TiN_xO_y薄膜工藝的可重復性
    2.4 基于TIN_XO_Y薄膜的高性能太陽光譜選擇性吸收結構
        2.4.1 Cu/TiN_xO_y結構的吸收/反射譜特性
        2.4.2 Cu/TiN_xO_y/多層介質太陽光譜選擇性吸收結構的吸收/反射譜特性
        2.4.3 Cu/TiN_xO_y/多層介質吸收結構對各種襯底的適用性
        2.4.4 Cu/TiN_xO_y/多層介質結構的耐高溫及可鋼化特性
        2.4.5 國家權威機構的檢測報告
    2.5 無定形碳膜輔助的超高吸收太陽光譜選擇性吸收結構
        2.5.1 磁控濺射無定形碳膜的光學性質
        2.5.2 Cu/TiN_xO_y/a-C/Si₃N₄/SiO₂太陽光譜選擇性結構的吸收/反射譜特性
    2.6 本章小結
第三章 彩色及多色集成的太陽光譜選擇性吸收材料
    3.1 引言
    3.2 彩色太陽光譜選擇性吸收結構
        3.2.1 結構設計
        3.2.2 理論計算與分析
        3.2.3 實驗結果與討論
    3.3 彩色光譜選擇性吸收材料與溫差電池結合產(chǎn)生的光熱電效應
        3.3.1 實驗制備與測試
        3.3.2 實驗結果與討論
    3.4 單片集成多色太陽光譜選擇性吸收陣列結構
        3.4.1 結構設計
        3.4.2 理論計算與分析
        3.4.3 實驗結果與討論
    3.5 可見光低反射的彩色低輻射結構設計
        3.5.1 結構設計及工作原理
        3.5.2 結果與分析
    3.6 新型太陽能集熱器結構設計
        3.6.1 吸收、發(fā)射功能分離的新型平板太陽能集熱器結構設計
        3.6.2 智能防過熱塑料平板太陽能集熱器結構設計
    3.7 本章小結
第四章 可見光近完美吸收/反射材料
    4.1 引言
    4.2 基于TIN-ALN復合超材料的可見光寬帶近完美吸收結構設計
        4.2.1 結構設計
        4.2.2 計算結果與分析
    4.3 基于TIALN納米復合薄膜的可見光寬帶近完美吸收結構制備
        4.3.1 TiAlN納米復合薄膜的制備與光學性質調(diào)控
        4.3.2 基于TiAlN薄膜的可見光寬帶近完美吸收結構制備
    4.4 SI₃N₄/TIN一維類周期可見光寬帶近完美吸收結構設計
    4.5 可見光寬帶近完美吸收材料在光學系統(tǒng)中消雜光的應用
    4.6 能對可見光譜進行任意剪裁的近完美吸收/反射結構設計
    4.7 本章小結
第五章 紅外光近完美吸收/反射材料
    5.1 引言
    5.2 TISIN納米復合薄膜制備及其光學性質調(diào)節(jié)
    5.3 基于TISIN的近紅外近完美吸收/發(fā)射結構
        5.3.1 基于TiSiN的近紅外超寬帶近完美吸收/發(fā)射結構設計
        5.3.2 基于TiSiN的近紅外超窄帶近完美吸收/發(fā)射結構設計
    5.4 基于過渡金屬或其硅化物的中紅外近完美吸收/發(fā)射結構
        5.4.1 幾種過渡金屬及其硅化物的光學常數(shù)
        5.4.2 基于過渡金屬或其硅化物的中紅外超寬帶近完美吸收/發(fā)射結構設計
        5.4.3 能對紅外光譜進行任意剪裁的近完美吸收/反射結構設計
    5.5 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 論文總結
    6.2 研究展望
參考文獻
作者簡介及在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果



本文編號：3933006