[发明专利]一种钛材料电磁波完美吸收器

说明书

本发明公开了一种钛材料电磁波完美吸收器。该钛材料电磁波完美吸收器包括衬底、钛膜、介质膜、钛颗粒结构层；钛颗粒结构层包括多个第一钛颗粒排和多个第二钛颗粒排，第一钛颗粒排和第二钛颗粒排交错排列；第一钛颗粒排包括多个第一尺寸的钛颗粒，第二钛颗粒排包括多个第二尺寸的钛颗粒；第一尺寸的钛颗粒等间距排列，第二尺寸的钛颗粒等间距排列，相邻的第一尺寸的钛颗粒质心之间的距离与相邻的第二尺寸的钛颗粒质心之间的距离相等，每一个第二尺寸的钛颗粒位于相邻的两个第一尺寸的钛颗粒的垂直平分线上。本发明能够克服传统电磁波完美吸收器的内在金属欧姆损耗、热效应和热不稳定性难题，能够将可见‑近红外波段的超宽带电磁波完美吸收。

技术领域

本发明涉及光电功能材料与器件技术领域，特别是涉及一种钛材料电磁波完美吸收器。

背景技术

等离激元共振通常是指金属结构表面的自由电子在外加电磁波照射下引起的集体振荡，在金属表面形成局域电磁场增强效应。超材料是指人工制造的具有周期性结构的复合材料。完美吸收器是一种基于超材料的电磁谐振吸收器。典型的超材料完美吸收器有三层结构：顶层是由具有单个或多个电磁响应模式的金属微结构单元排列而成的二维周期阵列，中间层是一层介质或绝缘材料平板，底层通常是一层完整不透光的金属板。通过合理设计器件的结构尺寸及材料参数，能够与入射电磁波的电磁分量产生耦合，从而对入射到吸收器的特定频带内的电磁波实现百分之百的吸收。电磁波完美吸收器是实现高效的电磁波光谱吸收及在光电探测器件中的一个必备元件，通过电磁共振现象实现了结构在共振波长处既没有反射(反射率接近为0)也没有透射(透射率为0)，从而根据吸收率A＝1-R-T(其中A代表吸收率，R代表反射率，T代表透射率)的定义可以得到吸收率A接近100％的完美吸收。紫外、可见波段、近红外波段的电磁波完美吸收器可以作为光电效应或光电转换器的结构单元、热发射器的结构单元，或作为减小电磁波杂散发射的吸波涂层材料。在红外滤波器、光电探测器等技术领域的应用中，要求吸收器具有宽带光吸收的特性。

现有电磁波完美吸收器的研究体系主要是基于金属-介质-金属的三层电磁共振结构体系或超材料体系实现了从微波频段到可见光波段的完美吸收响应，是窄带的光吸收。此外，这些电磁波完美吸收器体系都是基于金属材料以及金属微纳米结构，通过这些金属材料的自由电子振荡模式实现电磁波的耦合，这些自由电子振荡必然导致很强的欧姆损耗和热效应，不利于金属微纳米材料的结构稳定性，也局限了此类吸收器在高强度电磁波照射下的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种工作在可见-近红外波段以及能耐高温和高热环境的钛材料电磁波完美吸收器。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种钛材料电磁波完美吸收器，包括：

衬底、钛膜、介质膜、钛颗粒结构层；

所述钛膜设置于衬底上方，所述介质膜设置于钛膜上方，所述钛颗粒结构层设置于介质膜上方；

所述钛颗粒结构层包括多个第一钛颗粒排和多个第二钛颗粒排，所述第一钛颗粒排和所述第二钛颗粒排交错排列；所述第一钛颗粒排包括多个第一尺寸的钛颗粒，所述第二钛颗粒排包括多个第二尺寸的钛颗粒；所述第一尺寸的钛颗粒小于所述第二尺寸的钛颗粒；所述第一尺寸的钛颗粒等间距排列，所述第二尺寸的钛颗粒等间距排列，相邻的所述第一尺寸的钛颗粒质心之间的距离与相邻的所述第二尺寸的钛颗粒质心之间的距离相等；每一个所述第二尺寸的钛颗粒位于相邻的两个第一尺寸的钛颗粒的垂直平分线上。

可选的，所述钛颗粒结构为圆柱形结构。

可选的，所述衬底的材质为硅片、玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷中的一种。

可选的，所述钛膜的厚度不低于100纳米。

可选的，所述介质膜的材质为二氧化硅、二氧化钛、氟化镁、聚苯乙烯中的一种。