基于MIM机构的光热选择性表面吸收器的研究
光热选择性吸收器是可以将光能转化为热能的功能光学器件。与光伏、光化学和光生物能等其他常见的太阳能转化形式相比，太阳能光热转换是人们利用太阳能最直接有效的途径，在太阳能热水利用、太阳能海水淡化、热化学利用和太阳能光热发电等领域具有广阔的应用前景。太阳辐射能量主要集中在紫外-近红外波段(0.3-2.5 μm),占太阳辐射总能量的98％,而在中远红外波段(2.5-50μm)物体会因黑体辐射向外辐射能量。因此，研究在紫外-近红外波段具有高吸收率且在中远红外波段有低发射率的光热选择性吸收器具有重要意义。 论文设计了“田”字型、“类围棋”型及圆孔状三种光热选择性吸收器,通过结构设计使表面等离激元共振、法布里-珀罗共振及四分之一波长共振效应协同作用，实现了在0.3-2.5 μm波段具有高吸收率;并通过构建远小于中远红外波长的孔结构降低2.5-50μm波段的红外发射率，实现了高性能光热选择性吸收。“田”字型、“类围棋”型及圆孔结构在吸收区的平均吸收率均超过90％,分别为98.15％、95.14％及94.16％。三种结构的有效吸收波段均覆盖了 0.3-2μm,其中，“类围棋”结构有效吸收带宽最宽，覆盖了 0.3-2.34 μm;圆孔结构能够在吸收和辐射频域过渡区形成陡峭的吸收限，具有更好的选择性吸收特性。在此基础上，利用聚苯乙烯(PS)微球自组装效应制备了周期性微球阵列，并以周期性微球阵列为模板，制作了圆孔结构光热选择性吸收器。以PS微球为模板制备的吸收器单元尺寸达到纳米量级，不仅突破了紫外光刻精度的限制，也克服了电子束曝光系统制作成本高的困难，为光热选择性吸收器的研究提供了坚实的理论及实验基础。
太阳能;光热选择性吸收器;MIM结构
北京化工大学
硕士
物理学
侯志灵
2023
中文
TK513
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）