光谱可调节的纳米复合超材料红外吸收器

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光谱可调节的红外吸收器在辐射热管理领域具有重要的应用价值,具体包括热光伏系统、辐射式冷却装置、红外成像以及红外隐身涂层等。对红外吸收器而言,吸收光谱应能在宽波段内进行调节来满足不同的应用需求。然而,目前常见的红外吸收器要同时满足宽带吸收和光谱可调节这两个特性,通常具有精细的非对称结构或复杂的多尺寸单元结构。这会使吸收器的制备过程变得十分复杂从而严重阻碍了其在高频率处的批量生产与应用。为了克服上述困难,本文设计了一种光谱宽范围可调节的结构简单的纳米复合超材料红外吸收器。该超材料吸收器采用分散在介质中的Al掺杂的氧化锌(AZO)颗粒层,其通过介电层与底部Al反射器隔开。与以前的工作相比,该吸收器具有更宽的吸收潜力,并可以灵活调节吸收光谱的峰值位置和宽度。在此基础上,本文首先提出了“虚部选择法”这一指导纳米复合超材料结构设计的理论原则;其次,本文揭示了不同特征光谱背后的吸收机理;最后,本文实验上通过简单的旋涂法制备了在3-15μm高发射的宽带吸收器和在5-8μm高发射的选择性吸收器,并分别实现了日间辐射降温以及红外隐身热控的功能。本文的研究为设计出具有可调谐电磁响应的超材料提供了设计策略,并为该纳米复合超材料在其他波段的应用奠定了理论和实验基础。
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