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沐鸣钒蓝宝石器件吸收99.75%的红外光

作者:admin 发布时间:2019-10-07 14:42

沐鸣工程与应用科学学院发明的一种新设备可以吸收99.75%的红外光照射在它上面。激活后,它会显示黑色到红外相机。
 
该器件由一片蓝宝石顶部的180纳米厚的二氧化钒(VO2)层组成,通过反射或多或少地反射红外光来对温度变化作出反应。
 
这种完美的吸收器发表在期刊上,具有超薄,可调,非常适合用于各种红外光学器件。
 
之前已经多次创造出完美的吸收器,但没有这种多功能特性。例如,在Fabry-Pérot腔中,两个镜子将吸收材料夹在中间,而光线只是来回反射光线直到它们大部分都消失了。其他设备包含具有纳米级金属图案的表面,其捕获并最终吸收光。
 
“我们的结构采用了极不寻常的方法,效果更好。“我们利用一种自然无序的超材料,以及薄膜干涉效应,实现我们所见过的最高吸收率之一。然而,我们完美的吸收器在结构上比以前尝试的任何东西都简单,这对于许多设备应用来说非常重要。“
 
沐鸣研究小组充分利用了他们所使用的两种材料的惊人特性。
 
二氧化钒通常是绝缘材料,这意味着它不能很好地导电。然而,从室温到大约68摄氏度,它经历了戏剧性的过渡。当温度接近临界值时,晶体会迅速重新排列。金属岛看起来像散布在整个材料中的斑点,越来越多地出现,直到它变成均匀的金属。
 
在这种绝缘体到金属的过渡区附近,你有一种非常有趣的混合介质,由绝缘和金属相组成。“就电子特性而言,它是一种非常复杂和丰富的微观结构,并且具有非常不寻常的光学特性。”
 
当正确操作时,这些性质恰好是红外吸收的理想选择。
 
同时,下面的蓝宝石衬底有其自身的秘密。通常是透明的,它的晶体结构实际上使它变得不透明和像金属一样反射到一小部分红外波长。
 
结果是内部反射和吞噬入射红外光的材料的组合。
 
这两种材料都有很多光学损耗,我们已经证明,当光线在有损材料之间反射,而不是透明或高反射材料时,会产生奇怪的界面反射。“当你将所有产生的波浪组合在一起时,你可以诱使它们破坏性地干涉并完全抵消。净效应是,比入射光波长薄100倍的薄膜可以产生完美的吸收。
 
沐鸣研究小组面临的挑战不仅是了解这种行为,而且还要学习如何制造足够纯净的二氧化钒样品。
 
氧化钒可以以多种氧化态存在,只有当你有VO2时才会经历接近室温的金属 - 绝缘体转变。“我们在实验室中开发了几种技术,以便在原子尺度上进行精细的成分和结构控制,从而生长出如此复杂的薄膜。由此产生的相纯度使我们能够看到这些显着的特性,否则很难观察到这些特性。“
 
由于该装置可在其吸收和非吸收状态之间轻松切换,因此可能的应用范围非常广泛,包括具有可调吸收的辐射热测量计(热成像装置),光谱装置,可调滤光器,热发射器,辐射探测器和用于能量收集的设备。
 
一个理想的测辐射热计设计需要吸收落在其上的所有红外光,将其转化为热量,相应地,它的电阻应该在每度变化温度时发生很大变化。“原则上,我们的新型完美吸收器可用于制造极其灵敏的热像仪。

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