纳米颗粒对金属陶瓷光热转换涂层选择吸收特性的影响

以双金属、氮化物和氧化物作为吸光组元的金属陶瓷涂层是一类极具发展潜力的耐高温光热转换涂层，为了明确其光谱选择性吸收机理，采用第一性原理计算和有限差分时域(FDTD)法研究了WTi、Cr₂O₃和TiN的能带结构、电子结合特性和分布特征对选择吸收特性的影响。研究结果表明：WTi双金属纳米颗粒因Ti的掺杂会产生强烈的原子轨道杂化，导致能带上移和带宽变窄，可以强化对电子的局域限制，有助于增强带间耦合作用和表面等离子体激元共振效应；Cr₂O₃氧化物纳米颗粒中存在较窄的禁带，键长易发生变化，故在高温下其光吸收机制会从电子跃迁方式向表面等离子体激元共振效应转变；TiN氮化物纳米颗粒中不存在禁带，体现出更广的光吸收波长范围，同时颗粒间稳定的键长和较高的载流子浓度增强了体系的稳定性和自由载流子光吸收效应。此外，FDTD模拟发现，小尺寸纳米颗粒在0.3～1.5μm波段内具有很高的吸收系数，而大尺寸纳米颗粒虽然吸收系数不高，但是具有更高的散射系数。基于此，创新性地提出了多尺度分层化金属陶瓷光热转换涂层的组织构筑策略，使不...     

耐高温CrAlON基太阳能光谱选择性吸收涂层的制备与热稳定性

光谱选择性吸收涂层是太阳能光-热利用技术的核心部件,直接决定着整个系统的转换效率,为了提高涂层的选择吸收性和热稳定性,本文提出以金属氮化物替代金属纳米颗粒,构建纳米晶-非晶异质结构的思路,并采用多弧离子镀制备了Cr/CrAlN/CrAlON/CrAlN/CrAlON/CrAlO多吸收层光谱选择性吸收涂层,其吸收率达0....     

太阳能选择性吸收涂层高温光谱吸收率的测量方法

太阳能热发电是高效利用太阳能资源的有效途径之一,对缓解能源危机和环境污染具有重要的推动作用和深远的社会意义。选择性吸收涂层是太阳能真空集热管的重要组成部分,是决定太阳能与热能转换效率的关键因素。针对高温状态下太阳能选择性吸收涂层光学性能的表征问题,提出一种适用于高温金属-陶瓷选择性吸收涂层太阳光谱吸收率的测量方法。基于双探测器的傅里叶光谱仪和具有涂层加热功能的积分球,研制了能够防止高温氧化并模拟涂层工作温度的高真空测量装置,实现0.3～2.5 μm、室温-700 ℃太阳光谱吸收率的测量。选取磁控溅射制备的Mo-SiO₂选择性吸收涂层作为测量样品,该样品具有双吸收层的多层膜结构。对涂层样品不同温度下的太阳光谱吸收率进行了测量实验,室温测量值与理论计算值进行了对比分析,结果表明具有较好的一致性,最大偏差仅为2.9%,验证了涂层太阳光谱吸收率测量方法的可行性。高温光谱吸收率测量对涂层参数设计的优化及吸收性能的提高具有重要的指导意义及推动作用。     

等离激元增强金属-硅组合微结构近红外吸收

亚波长光栅结构的光学表面具有减反特性,这种特性在光电转换效率的应用方面具有重要意义。为了提高硅基光栅结构在近红外波段(0.78～2.50μm)的吸收率,采用在硅表面光栅空隙处加入金属Ag纳米颗粒和Al₂O₃介质层的方法,利用FDTD软件仿真研究不同的组合结构及颗粒的直径对光吸收率的影响,分析不同的工作波长下组合结构中特征截面的光强分布。实验结果表明,当光栅线/间比为1∶1、周期为1μm、周期凹槽内放置两层直径为0.25μm的金属Ag颗粒、且凹槽内金属颗粒上方填充覆盖Al₂O₃介质层时,该组合微结构在近红外波段范围内的平均吸收率理论上可达到0.463,实现吸收增强的效果。在光电转换器件的应用方面,金属颗粒-硅光栅-介质层组合微结构可以增强光吸收,进而提高光电转换效率。     

金属/介质多层膜基太阳能光热转换薄膜结构的设计与优化

理论设计对于高性能太阳能光热转换薄膜的实验制备极为重要。然而,大多数软件通常局限于正入射情况下的太阳光吸收率的优化,而无法直接对太阳能光热转换效率这一重要指标进行优化。鉴于以上问题,使用传输矩阵方法与遗传优化算法,通过改变金属/介质多层膜基太阳能光热转换薄膜中各层薄膜的厚度,直接对其光热转换效率进行优化设计。重点研究了薄膜层数、太阳光照度与工作环境温度对钨/氧化铝基(W/Al₂O₃)多层膜的影响。研究结果表明,在聚光比为1和100情况下,该膜系的最优膜层数分别为6与8。该研究结果对于高性能太阳能光热转换薄膜的实验制备具有重要的指导意义。     

AlN插入层对AlxGa1-xN/GaN界面电子散射的影响

本文研究AlN作为Al_xGa_1-xN/GaN插入层引起的电子输运性质的变化, 考虑了Al_xGa_1-xN和AlN势垒层的自发极化、压电极化对Al_xGa_1-xN/AlN/GaN双异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)中极化电荷面密度、二维电子气(2DEG) 浓度的影响, 分析了AlN厚度与界面粗糙度散射和合金无序散射的关系; 结果表明, 2DEG 浓度、界面粗糙度散射和合金无序散射依赖于AlN层厚度, 插入一层1–3 nm薄的AlN层, 可以明显提高电子迁移率.     

硅衬底GaN基LED N极性n型欧姆接触研究

在Si衬底GaN基垂直结构LED的N极性n型面上,利用电子束蒸发的方法制作了Ti/Al电极,通过了I-V曲线研究了有无AlN缓冲层对这种芯片欧姆接触的影响.结果显示,去除AlN缓冲层后的N极性n型面与Ti/Al电极在500到600 ℃范围内退火才能形成欧姆接触.而保留AlN缓冲层的N极性n型面与Ti/Al电极未退火时就表现为较好的欧姆接触,比接触电阻率为2×10^-5 Ω·cm²,即使退火温度升高至600 ℃,也始终保持着欧姆接触特性.因此,AlN缓冲层的存在是Si衬底GaN基垂直结构LED获得高热稳定性n型欧姆接触的关键. 关键词： 硅衬底 N极性 AlN缓冲层 欧姆接触     

磁性隧道结热稳定性的x射线光电子能谱研究

通过XPS等微观分析手段证实了磁性隧道结在高温退火后，反铁磁层中的Mn元素扩散到被钉 扎铁磁层及势垒层中，破坏了势垒层/铁磁层界面，从而导致了磁性隧道结高温退火后TMR的 下降.然而在反铁磁层和被钉扎铁磁层之间插入一层纳米氧化层后，Mn的扩散得到了抑制， 使磁性隧道结的热稳定性得以提高. 关键词： 磁性隧道结 纳米氧化层 x射线光电子能谱     

溅射Al-C-O/Al太阳选择性吸收涂层

设计计算了以Al为底层的多层Al-C-O的太阳吸收涂层。运用直流磁控溅射制备了这种Al-C-O/Al吸收涂层。理论计算与实验测量的结果基本一致。经真空中烘烤后,涂层的Al-C-O/Al太阳吸收率α≈0.92,室温热发射率ε≈0.04,具有优良的光谱选择性。由于使用单个溅射靶,简化了溅射系统,提高了靶溅射的利用率。 关键词：     

AlN/BN纳米结构多层膜微结构及力学性能

用射频磁控溅射法制备了AlN,BN单层膜及AlN/BN纳米多层膜.采用X射线衍射仪、高分辨率透射电子显微镜和纳米压痕仪对薄膜结构进行表征.分析表明：单层膜AlN为w-AlN结构,BN为非晶相.AlN/BN多层膜中BN的结构与BN层厚有关.当BN层厚小于0.55nm时,由于AlN层模板的作用,BN发生了外延生长,BN与AlN的结构相同;当BN层厚大于0.74nm时,BN为非晶.AlN/BN多层膜的硬度也与BN层的厚度有关.当BN层厚为1—2个分子层时,AlN/BN多层膜具有超硬效应;当BN层厚增加到0.74 关键词： AlN/BN多层膜 BN结构 超硬效应     

Si3N4在h-AlN上的晶体化与AlN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

采用反应磁控溅射法制备了一系列具有不同Si3N4层厚度的AlN/Si3N4纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能.研究了Si3N4层在AlN/Si3N4纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长结构与力学性能的影响.结果表明,在六方纤锌矿结构的晶体AlN调制层的模板作用下,通常溅射条件下以非晶态存在的Si3N4层在其厚度小于约1nm时被强制晶化为结构与AlN相同的赝形晶体,AlN/Si3N4纳米多层膜形成共格外延生长的结构,相应地,多层膜产生硬度升高的超硬效应.Si3N4随层厚的进一步增加又转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.分析认为,AlN/Si3N4纳米多层膜超硬效应的产生与多层膜共格外延生长所形成的拉压交变应力场导致的两调制层模量差的增大有关.     

Si3N4在h-AlN上的晶体化与AlN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

采用反应磁控溅射法制备了一系列具有不同Si₃N₄层厚度的AlN/Si₃N₄纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能.研究了Si₃N₄层在AlN/Si₃N₄纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长结构与力学性能的影响.结果表明,在六方纤锌矿结构的晶体AlN调制层的模板作用下,通常溅射条件下以非晶态存在的Si₃N₄层在其厚度小于约1nm时被强制晶化为结构与AlN相同的赝形晶体,AlN/Si₃N₄纳米多层膜形成共格外延生长的结构,相应地,多层膜产生硬度升高的超硬效应.Si₃N₄随层厚的进一步增加又转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.分析认为,AlN/Si₃N₄纳米多层膜超硬效应的产生与多层膜共格外延生长所形成的拉压交变应力场导致的两调制层模量差的增大有关. 关键词： 3N₄纳米多层膜')" href="#">AlN/Si₃N₄纳米多层膜 外延生长 赝晶体 超硬效应     

AlN/NbN纳米结构多层膜的共格异结构外延生长研究

采用射频磁控溅射法制备了NbN,AlN单层膜及不同调制周期的AlN/NbN纳米结构多层膜,采用X射线衍射仪、小角度X射线反射仪和高分辨透射电子显微镜等对薄膜进行了表征.结果表明：单层膜AlN为六方结构,NbN为面心立方结构;AlN/NbN多层膜中AlN为六方结构,NbN为面心立方结构,界面处呈共格状态,其共格关系为c-NbN（111）面平行于h-AlN（0002）面,晶格错配度为013%.热力学计算表明:AlN/NbN多层膜中不论AlN层与NbN层的厚度如何,AlN层均不会形成亚稳的立方AlN,而是形成 关键词： AlN/NbN纳米结构多层膜 共格外延生长 异结构     

银纳米链状材料的制备及近红外吸收性质

报道了利用水/油相界面反应,采用湿化学法合成银纳米链状材料的方法,并对这种材料的近红外吸收性质和光热转换性质进行了研究。TEM分析表明,银纳米材料为链状结构,直径约为50nm,长度分布范围较宽,从几十纳米至几百纳米。这种材料具有强的近红外吸收特性,随着还原剂加入量的增加,吸收带逐渐展宽(800～1300nm),而且平坦。这种材料具有优异光热转换性质,一经808nm激光照射,温度迅速提高。该材料优异的近红外吸收和光热转换性质,使其在红外断层成像和近红外热疗等领域具有广阔的应用前景。     

不同氧气含量下镍铬系平板集热器选择性吸收薄膜的制备和性能表征

采用双极脉冲磁控溅射系统,在不同氧气含量的氩氧混合气体中制备了单层镍-铬金属-电介质复合光谱选择性吸收薄膜。采用X射线衍射仪（XRD）、激光共焦显微拉曼光谱仪、椭偏仪和紫外-可见-近红外分光光度计分别对薄膜的物相结构和光学特性进行了表征。结果表明：实验获得了由金属镍和镍、铬的氧化物（NiO、Cr₂O₃）组成的复合膜,薄膜对300~1 200 nm波段的太阳光有较强的吸收,而对波长大于1 200 nm的太阳光则吸收较弱,具有良好的光谱选择性,可用作高效太阳光谱选择性吸收涂层。     

多层纳米AlGaN薄膜制备及其场发射性能

本文采用激光脉冲沉积系统在SiC基底上制备了GaN/AlN/GaN多层纳米结构薄膜,探索了多层纳米薄膜量子结构增强场发射性能.X射线衍射和扫描电子显微镜结果表明,已成功制备出了界面清晰、结晶良好的GaN/AlN/GaN多层纳米薄膜.场发射测试结果表明:多层纳米薄膜结构相对于GaN和AlN单层纳米薄膜,其场发射性能得到显著提升.其开启电场低至0.93V/μm,电流密度在5.5V/μm时已经能够达到30mA/cm~2.随后进一步分析了纳米结构增强场发射机理,电子在GaN/AlN/GaN多层纳米薄膜结构中的量子阱中积累使其表面势垒高度显著下降,并通过共振隧穿效应进一步提高电子的透过概率,从而使场发射性能极大提高.研究结果将为应用于高性能场发射器件的纳米薄膜材料的制备提供一种好的技术方案.     

金、银纳米结构中的非局域吸收特性

采用时域有限差分方法（FDTD）研究金、银纳米结构的非局域吸收。对金属材料的Drude-Lorentz模型进行离散差分,详细推导各项迭代系数。研究一维、二维、三维金、银纳米结构的吸收特性。讨论一维分层纳米薄膜吸收率与材料的关系。结果表明：非局域分层介质板仍然符合等效介质理论。在一维、二维情况下,金、银纳米结构的非局域吸收峰只与纳米尺度相关而与材料无关。三维纳米结构的非局域吸收特性不仅与纳米尺度相关还与材料特性相关。三维纳米结构尺度更小,非局域效应表现也更为明显,吸收峰的蓝移也更大。因此,三维纳米颗粒有望在纳米材料以及纳米器件的研究中发挥更大的作用。     

SiO2的赝晶化及AlN/SiO2纳米多层膜的超硬效应

采用反应磁控溅射法制备了一系列不同SiO₂层厚度的AlN/SiO₂纳米多层膜，利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能，研究了SiO₂层在多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长方式及力学性能的影响. 结果表明，由于受AlN六方晶体结构的模板作用，溅射条件下以非晶态存在的SiO₂层在其厚度小于0.6 nm时被强制晶化为与AlN相同的六方结构赝晶体并与AlN形成共格外延生长. 由于不同模量的两调制层存在晶格错配度，多层膜中产生了拉、压交变的应力场，使得多层膜产生硬度升高的超硬效应. SiO₂随层厚的进一步增加又转变为以非晶态生长，多层膜的外延生长结构受到破坏，其硬度也随之降低. 关键词： 2纳米多层膜')" href="#">AlN/SiO₂纳米多层膜 赝晶化 应力场 超硬效应     

基于六硼化镧与壳聚糖的光热转换生物材料

为实现光合细菌(PSB)产氢过程的光分频利用,用六硼化镧(LaB_6)和壳聚糖制备了光热转换发光发热生物材料,研究了不同LaB_6纳米颗粒的生物材料在可见光下的吸光特性和光热转换特性。研究发现:该生物材料能较好地透过510~650 nm波长的光为PSB产氢供给光能,而其他波段的光用于激发LaB_6粒子产热为PSB提供热能。LaB_6纳米颗粒的吸光度及光热转换能力受颗粒尺寸影响显著,当生物材料中LaB_6颗粒平均水力直径为295 nm时,12 min内的温升速率为0.41℃/min,是载玻片的5.4倍。     

Ag-Cu离子注入玻璃后不同气氛退火的光吸收研究

采用MEVVA源（metal vapor vacuum arc ion source）引出的强束流脉冲Ag,Cu离子先后注入到SiO₂玻璃，x射线光电子能谱仪（XPS）分析显示Ag，Cu大多仍为金属态，有部分氧化态Cu存在.透射电镜观察分析和光学吸收谱都表明在衬底中形成了纳米合金颗粒.结合有效媒质理论，得到模拟的光学吸收谱，与实验结果基本符合，较好地验证了以上结论.样品退火后颗粒发生分解，分解的颗粒在氧化气氛下被氧化，且有部分向样品表面蒸发；在还原气氛下氧化态元素被还原并成核生长.故 关键词： 离子注入 纳米颗粒 退火 光学吸收率