一种基于完美吸收体的可调红外吸收基体及红外吸收器

1.本发明涉及红外吸收技术领域，尤其涉及一种基于完美吸收体的可调红外吸收基体及红外吸收器。


背景技术：

2.现有技术中，可以通过多种方法来刺激光吸收/发射的调整，例如，电场，温度以及光等。主要通过更改几何参数和折射率来实现动态调整光吸收。更改折射率的方式，比如氧化钒等相变材料以及石墨烯等改变电子浓度等。更改结构尺寸的方式，比如聚合物拉伸以及热胀冷缩等方式。
3.现有技术存在如下缺陷：
4.1相变材料
5.优势是光谱波长调控范围大，强度调控范围大，调控稳定可靠。
6.缺点是调控波长范围是固定的，氧化钒等相变材料很难大面积廉价制备。
7.2石墨烯
8.优势是调控稳定、方便，调控波长范围可设计。
9.缺点是单层石墨烯调控强度范围小，制备相对昂贵且不易大面积制备。
10.3.聚合物拉伸
11.优势是，结构尺寸改变大，从而光谱强度改变也大。波长范围是固定的。
12.缺点是，调控不稳定，重复性差。
13.4.热胀冷缩
14.优势是，材料设计简单，稳定性好。
15.缺点是，结构尺寸改变小，因为光谱强度调控小。


技术实现要素：

16.本发明实施例提出一种基于完美吸收体的可调红外吸收基体，旨在解决现有红外吸收基体吸收范围窄，且不可调节的问题。
17.为了解决上述问题，第一方面，本发明实施例提出一种基于完美吸收体的可调红外吸收基体，所述基于完美吸收体的可调红外吸收基体包括基础单元，所述基础单元包括基底层、pvp层以及多个十字架；所述pvp层设于所述基底层上，多个十字架设于所述pvp层上，多个十字架相互对齐；其中，所述基底层的材质为银，所述十字架的材质为银。
18.其进一步的技术方案为，所述基底层的高度大于0.04μm。
19.其进一步的技术方案为，所述pvp层的高度为0.2-0.4μm。
20.其进一步的技术方案为，所述十字架的高度为0.04-0.15μm。
21.其进一步的技术方案为，所述十字架的宽为1.5-3μm。
22.其进一步的技术方案为，相邻两个十字架之间的间距为0-30nm。
23.其进一步的技术方案为，所述十字架的棱的宽为50-300nm。
24.其进一步的技术方案为，所述基础单元包括四个十字架，四个十字架以阵列形式设于所述基础单元。
25.其进一步的技术方案为，所述基于完美吸收体的可调红外吸收基体包括多个基础单元。
26.第二方面，本发明提出一种红外吸收器，所述红外吸收器包括如第一方面所述的基于完美吸收体的可调红外吸收基体。
27.与现有技术相比，本发明实施例所能达到的技术效果包括：
28.基于pvp层的特性，在低温时，pvp层收缩而使得pvp层上的多个十字架相互接触而形成闭合区域；在高温时，pvp层膨胀而使得pvp层上的多个十字架相互分开。多个十字架闭合与分开时所吸收的波长范围各不相同，从而一方面可通过调节温度来调节其波长吸收范围，另一方面也拓宽了其波长吸收范围。
29.本发明通过pvp层热胀冷缩的微小调控和基于等离子体的共振吸收结构(十字架)相结合，以较小尺寸的改变实现了较强的光谱调控。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本发明实施例提出的一种基于完美吸收体的可调红外吸收基体的基础单元的结构示意图；
32.图2为本发明实施例提出的一种基于完美吸收体的可调红外吸收基体的基础单元的尺寸示意图；
33.图3为本发明实施例提出的一种基于完美吸收体的可调红外吸收基体的基础单元的十字架的尺寸示意图。
34.图4为光吸收性能调控实验结果。
35.附图标记
36.基底层10、pvp层20、十字架30。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
39.还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包
括复数形式。
40.参见图1-图3，本发明实施例提出一种基于完美吸收体的可调红外吸收基体。由图可知，所述基于完美吸收体的可调红外吸收基体包括基础单元。
41.基础单元包括基底层10、pvp层20以及多个十字架30。所述pvp层20设于所述基底层10上，多个十字架30设于所述pvp层20上，多个十字架30相互对齐。所述基底层10的材质为银，所述十字架30的材质为银。
42.pvp层20即是由pvp材料制得涂层。pvp是聚乙烯吡咯烷酮的简称，其英文全称为：polyvinyl pyrrolidone。
43.基于pvp层20的特性，在低温时，pvp层20收缩而使得pvp层20上的多个十字架30相互接触而形成闭合区域；在高温时，pvp层20膨胀而使得pvp层20上的多个十字架30相互分开。
44.进一步说明的是，pvp在25-35℃范围内发生变化，使得十字架阵列打开或闭合，十字架阵列打开时候光吸收8-13微米的电磁波，十字架阵列闭合时候光在此区域不吸收电磁波。通过使用分裂的十字架结构阵列，和下层的金属基底以及中间的pvp层合理设计，可构成具有高效光吸收的超表面结构，其能在远小于波长的厚度高效吸收电磁波。而这种分裂的十字架阵列结构如果闭合连接，则电磁波吸收效果消失。
45.多个十字架30闭合与分开时所吸收的波长范围各不相同，从而一方面可通过调节温度来调节其波长吸收范围，另一方面也拓宽了其波长吸收范围。
46.继续参见图1-图3，所述基底层10的高度h3大于0.04μm。
47.例如，在一实施例中，所述基底层10的高度h3为0.05μm。
48.在一实施例中，所述基底层10的高度h3为0.1μm。
49.进一步地，所述pvp层20的高度h2为0.2-0.4μm。
50.例如，在一实施例中，所述pvp层20的高度h2为0.2μm。
51.在一实施例中，所述pvp层20的高度h2为0.25μm。
52.在一实施例中，所述pvp层20的高度h2为0.4μm。
53.进一步地，所述十字架30的高度h1为0.04-0.15μm。
54.例如，在一实施例中，所述十字架30的高度h1为0.04μm。
55.在一实施例中，所述十字架30的高度h1为0.1μm。
56.在一实施例中，所述十字架30的高度h1为0.15μm。
57.进一步地，所述十字架30的宽w1为1.5-3μm。
58.例如，在一实施例中，所述十字架30的宽w1为1.5μm。
59.在一实施例中，所述十字架30的宽w1为2.5μm。
60.在一实施例中，所述十字架30的宽w1为3μm。
61.进一步地，相邻两个十字架30之间的间距w2为0-30nm。
62.需要说明的是，相邻两个十字架30之间的间距w2受温度影响，可通过调节温度来调节相邻两个十字架30之间的间距w2。
63.进一步地，所述十字架30的棱的宽w3为50-300nm。
64.例如，在一实施例中，所述十字架30的棱的宽w3为50nm。
65.在一实施例中，所述十字架30的棱的宽w3为150nm。
66.在一实施例中，所述十字架30的棱的宽w3为300nm。
67.进一步地，所述基础单元包括四个十字架30，四个十字架30的中心分别位于一矩形的四个顶点上。
68.进一步地，所述基于完美吸收体的可调红外吸收基体包括多个基础单元。
69.本发明所述基于完美吸收体的可调红外吸收基体的制备方法介绍如下：
70.1、基底层10为ag层，使用磁控溅射镀膜制备；
71.2、pvp层20为聚乙烯吡咯烷酮(pvp)，使用旋转涂抹法完成；
72.3、上层的ag为十字架30结构阵列，使用电子束光刻系统完成。
73.吸收性能测试实验
74.采用布鲁克傅里叶红外光谱仪vertex70，在低温25℃、高温35℃下，分别测试样品在6-15微米波段的光吸收性能。
75.其中，测试样品的尺寸为：6英寸圆片，h1＝0.1μm；h2＝0.3μm；h3＝0.1μm；w1＝2.4μm；w3＝0.1μm；w2在25℃为0nm，在35℃为10nm。
76.实验结果见图4，有图可知，本发明实施例提供的基于完美吸收体的可调红外吸收基体的吸收光谱实现了很大范围的调控。
77.本发明实施例还提供了一种红外吸收器，所述红外吸收器包括如以上实施例提出的基于完美吸收体的可调红外吸收基体。
78.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
79.以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。