基于金属纳米颗粒吸收膜系结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于金属纳米颗粒吸收膜系结构，在透明衬底上利用气相沉积或气相沉积结合退火工艺在介质薄膜层上生长金属颗粒无序分布层，其后采用气相沉积、液相沉积依次生长介质薄膜层、金属薄膜层。其中金属颗粒无序分布层中等效薄膜层平均高度为5nm-100nm，颗粒平均尺寸为5nm-100nm，金属颗粒表面覆盖率为3％-90％，介质薄膜层厚度为1nm-200nm，金属薄膜层厚度为60nm-1μm。此基于金属纳米颗粒吸收膜系结构具有在可见到近红外特定波段吸收率达到90％以上的近完美吸收特性。本发明的优点是：工艺简单，成本低，偏正不敏感，角度不敏感，可控性好，协调性高，可大面积生长，纳米加工技术成熟。
【专利说明】基于金属纳米颗粒吸收膜系结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种吸收膜，具体指金属颗粒无序分布层-介质薄膜层-金属薄膜层多层膜系结构。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的高速发展，电磁材料对当前的信息、国防、经济、医学等领域产生了愈来愈广泛而深度的影响。近年来，新型人工电磁材料中的近完美吸收得到了越来越广泛的关注，并应用于热辐射器、探测器、传感器、光伏、空间分辨等领域。本发明针对可见到近红外波段近完美吸收提出了可利用于光伏、传感、空间分辨等领域的多层周期性膜系的制备方法。
[0003]一直以来，在金属-介电层-金属多层薄膜表面刻蚀周期性结构是近完美吸收技术中的主流思想。而在可见到近红外波段实现近完美吸收，材料表面的周期结构必须要在数百纳米的范围内，在金属表面的小周期的高精度的是很难进行大面积的刻蚀，此外这种蚀刻需要很平的表面，成为阻碍可见到近红外特定波段近完美吸收技术发展的一大障碍。在探测器、光伏、空间分辨领域中，大面积、简单、可控和兼容性好的制备方法是其产业化的重要标志。而本发明针对周期性结构进行调整，采用倒置无序结构金属纳米颗粒，实现在可见到近红外特定波段近完美吸收的效果，具有对入射光偏正不敏感，角度不敏感，工艺简单，成本低，可控性好，协调性高，可在任意衬底上大面积生长等优点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种实现制备方法简单，可在透明衬底大面积生长，实现可见到近红外特定波段近完美吸收的金属颗粒无序分布层-介质薄膜层-金属薄膜层多层膜系结构。
[0005]本发明的方法是在透明衬底上利用气相沉积或气相沉积结合退火工艺在介质薄膜层上生长金属颗粒无序分布层，其后采用气相沉积、液相沉积依次生长介质薄膜层、金属薄膜层。最终形成金属颗粒无序分布层多层膜系-介质薄膜层-金属薄膜层多层膜系结构。
[0006]本发明所涉及的基于金属纳米颗粒吸收膜系结构，其结构为:
[0007]所述基于金属纳米颗粒吸收膜系结构如下:在透明衬底I上依次为金属颗粒无序分布层2介质薄膜层3和金属薄膜层4。其特征在于:
[0008]所述透明衬底I为石英玻璃、硅酸盐玻璃或FTO玻璃衬底；
[0009]所述金属颗粒无序分布层2为金、银、钼、铝或铜纳米颗粒无序分布的等效薄膜层，等效薄膜层平均高度为5nm-100nm，颗粒平均尺寸为5nm-100nm，金属颗粒表面覆盖率为 3% -90% ο
[0010]所述介质薄膜层3是指对可见及近红外波段透明的薄膜层，薄膜厚度为lnm_200nm ；
[0011]所述金属薄膜层4是金、银、钼、铝或铜薄膜层，厚度为60nm-l μ m ；
[0012]本发明的优点是:在可见到近红外特定波段吸收可达到90%以上的近完美吸收，偏正不敏感，角度不敏感，工艺简单，成本低，可控性好，协调性高，可在任意衬底上大面积生长。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1:可见到近红外近完美吸收膜系结构的示意图。
【具体实施方式】
:
[0014]实施例1:
[0015]在FTO玻璃衬底上利用磁控溅射方法溅射3nm金薄膜，并后放入300°C环境下退火半小时形成表面为金颗粒随机分布薄膜层，其平均高度为25nm，平均尺寸为50nm，表面覆盖率是22% ;利用原子层沉积方法在金属颗粒无序分布层上沉积Inm厚氧化铝薄膜；在氧化铝薄膜上利用氩离子束溅射60nm的银薄膜；最终获得具有可见到近红外波段近完美吸收特性的多层膜系结构。
[0016]实施例2:
[0017]利用静电吸附方法将铜颗粒吸附在硅酸盐玻璃上，等效薄膜层平均高度为lOOnm，颗粒平均尺寸为200nm，表面覆盖率为3% ;利用溶胶凝胶法在铜颗粒无序分布层上旋涂200nm厚聚合电解质薄膜；利用电镀法沉积I μ m的铜薄膜在聚合电解质薄膜上；最终获得具有可见到近红外波段近完美吸收特性的多层膜系结构。
[0018]实施例3:
[0019]在氩离子束溅射仪器中用60mA电流轰击银靶3s在石英玻璃衬底沉积银颗粒，所得银颗粒层平均高度为5nm，颗粒平均尺寸为5nm，表面覆盖率为90% ;利用金属有机化学气相法在金属无序分布层上生长10nm氧化锌薄膜；利用热蒸发法沉积10nm铝薄膜；最终获得具有可见到近红外波段近完美吸收特性的多层膜系结构。
【权利要求】
1.一种基于金属纳米颗粒吸收膜系结构，它由透明衬底(I)、金属颗粒无序分布层(2)、介质薄膜层(3)和金属薄膜层(4)构成，其特征在于: 所述的基于金属纳米颗粒吸收膜系结构如下:在透明衬底(I)上依次有金属颗粒无序分布层(2)、介质薄膜层(3)和金属薄膜层(4);其中: 所述的透明衬底(I)为石英玻璃、硅酸盐玻璃或FTO玻璃衬底； 所述的金属颗粒无序分布层(2)为金、银、钼、铝或铜纳米颗粒无序分布的等效薄膜层，等效薄膜层平均高度为5nm-100nm，颗粒平均尺寸为5nm-100nm，金属颗粒表面覆盖率为 3% -90% ； 所述的介质薄膜层⑶是指对可见及近红外波段透明的薄膜层，薄膜厚度为lnm_200nm ； 所述的金属薄膜层(4)是金、银、钼、铝或铜薄膜层，厚度为60ηπι-1μπι。
【文档编号】B32B17/06GK104354394SQ201410546746
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】张云, 陈鑫, 孙艳, 张克难, 张天宁, 戴宁 申请人:中国科学院上海技术物理研究所