태양 복사의 효율적인 광대역 흡수는 해수 담수화, 얼음 혐오성 및 기타 재생 에너지 응용 분야에 요구됩니다. 유전체/금속/유전체/금속 층으로 구성된 다층 흡수체의 대역폭을 넓히기 위해 두 개의 고손실 공진을 중첩하는 아이디어를 제안합니다. 시뮬레이션과 실험 모두에서 구조가 350~1200nm 범위의 파장에서 97%보다 높은 평균 흡수 효율을 가짐을 보여줍니다. 90%보다 큰 흡수의 대역폭은 최대 1000nm(410–1410nm)이며, 이는 이전 MIM 평면 흡수체의 대역폭(≤ 750nm)보다 큽니다. 특히 350~1000nm의 평균 흡수는 65°의 높은 입사각에서 90% 이상을 유지하는 반면 75°의 입사각에서도 80% 이상을 유지합니다. 각도 둔감성의 성능은 이전의 수층 태양열 흡수기의 성능보다 훨씬 우수합니다. 유연한 1D nonnoble 메타표면 흡수체는 단일 증발 단계로 제작됩니다. P 할로겐 램프의 조명 아래서 =1.2kW/m 2 , 유연한 메타표면은 표면 온도를 실온에서 25.1K 증가시킵니다. 추가 실험은 열 위치가 축적된 얼음을 빠르게 녹인다는 것을 보여줍니다. 우리의 조도(P =1.2kW/m 2 )는 그 절반에 불과합니다(P =2.4kW/m 2 ) 금/TiO2를 기반으로 한 이전의 태양열 방지 연구에서 입자 메타표면은 우리의 메타표면이 실제 적용에 더 유리하다는 것을 나타냅니다. 우리의 결과는 기계적 유연성, 비귀금속의 저렴한 비용 및 대면적 제작이라는 매력적인 특성을 가진 광대역 메타표면 흡수체를 향한 효과적인 경로를 보여주며, 이는 태양열 활용 응용 분야에서 유망한 전망을 가지고 있습니다.
높고 넓은 흡수를 갖는 광 흡수체는 열 태양광 [10,11,12 ,13,14,15], 증기 발생 [16,17] 및 광검출 [18]. 최근 몇 년 동안, 조밀하게 패킹된 나노와이어[19], 나노튜브[15], 나노튜브[19], 나노튜브[15], 나노와이어[19], 나노튜브[15], 나노와이어[15], 테이퍼 홈 [20,21,22] 및 피라미드 디자인 [23, 24]. 2D 어레이[25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37]에 기반한 이러한 흡수체의 성능 향상에 엄청난 노력이 있지만 대부분의 이러한 나노구조의 제조 복잡성은 , 전자빔 리소그래피(EBL)[20], 집속 이온빔(FIB) 밀링[23], 나노임프린트 리소그래피[22] 또는 리소그래피 기술[24]을 필요로 하므로 더 이상의 업스케일링을 방해합니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 리소그래피가 없는 평면 설계 개념을 기반으로 하는 1D 메타표면이 최근 집중적인 연구 주제가 되고 있다[1, 5, 8, 25, 26, 27]. 최근 과학자들은 단일 귀금속 층, 절연체-금속(IM) 및 금속-절연체-금속(MIM) 구조와 같은 일부 소수층 구성의 흡수 능력을 입증했습니다[1, 8, 25,26,27, 38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48] 흡수열의 국부적 축적에 유리합니다. 첫째, 귀금속(예:Au 및 Ag)을 기반으로 하는 단순한 평면 구성의 경우 흡수 대역폭(A> 90%)는 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP) 효과 메커니즘에 의해서만 흡수가 발생하기 때문에 500nm보다 작습니다[1,2,3,4,5,6,7,8]. SPP 효과를 기반으로 하는 이러한 흡수체 역시 모멘텀 매칭 조건[1,2,3,4,5,6,7,8]으로 인해 본질적으로 각도 의존적 특성을 보입니다. 또한 IM 또는 MIM 평면 구성을 기반으로 하는 귀금속을 사용하는 일부 흡수체도 Fabry-Perot(FP) 공명을 사용하여 제안 및 시연되었습니다. 그러나 이러한 평면형 흡수체(예:Ge/Au [48] 및 Ag/Si/Ag [49])의 경우 흡수 대역폭(A> 80%)는 단 하나의 FP 공진만을 사용하기 때문에 일반적으로 300nm 미만입니다. 한편, 상술한 대부분의 흡수체에서 귀금속의 재료비는 고가이다[1,2,3,4,5,6,7,8,48,50]. 최근 여러 그룹에서 MIM 평면 나노구조를 기반으로 한 비귀금속(Mo 또는 Gr과 같은)을 사용하여 광흡수체를 시연했습니다[50, 51]. Mo/Al2 O3 단일 Febry-Perot(FP) 공명을 기반으로 하는 /Mo 흡수체는 400~900nm에서 90% 이상의 흡수를 나타냈습니다[50]. Cr/Al2 O3 하나의 FP 공명에 기반한 /Cr 흡수체는 400~1150nm에서 90% 이상의 흡수를 나타냈습니다[51]. 보고된 대부분의 수층 평면 흡수기의 경우 대역폭 ∆λ 흑백 가시-근적외선 파장에서 (A> 90%)는 750nm보다 작습니다. 한편, 하나의 FP 공명을 기반으로 하는 이러한 MIM 평면 나노구조의 경우 400~1000nm 파장에서 평균 흡수 효율은 TE 편광 입사에서 40°보다 큰 입사각에 대해 90% 아래로 떨어질 것입니다. 이러한 각도 의존적 스펙트럼 특성은 흡수체를 실제 사용에 적용하기 어렵게 만드는 중대한 결점이다. 따라서 전방향성, 광대역 및 효율적인 흡수를 달성하기 위해 소수층의 비고귀한 1D 메타표면을 설계하고 실현하는 것은 어렵지만 실제 응용에 필요합니다.
여기에서 우리는 대역폭(∆λ 흑백 ) 흡수체. 소수층의 non-noble 1D 메타표면은 두꺼운 금속막 위의 유전체/금속/유전체 박막으로 2개의 고손실 공진기로 구성됩니다. 두 개의 고손실 공진기가 중첩되어 있기 때문에 제안된 메타표면의 평균 흡수 효율은 400~1200nm 파장에서 97% 이상입니다. 흡수 대역폭(A> 90%)는 최대 1000nm(410–1410nm)이며, 이는 그보다 큽니다(∆λ 흑백 =750 nm[51]) 이전 MIM 평면 흡수기[1,2,3,4,5,6,7,8, 48, 50]. 또한 최대 0~65°의 광범위한 입사각에 대한 평균 흡수는 모두 350~1000nm 범위의 파장에서 90%를 초과합니다. 이는 400–1000nm 파장에서 평균 흡수 효율이 높은 이전 MIM 평면 흡수체[1,2,3,4,5,6,7,8, 48, 50]에 비해 당사의 흡수체가 실제 적용에 더 유리합니다. TE 편광 입사에서 40°보다 큰 입사각에 대해 90% 아래로 떨어질 것입니다. 메타 표면은 유연한 PET 기판뿐만 아니라 유리 기판에 전자빔 증착의 단일 단계로 제작됩니다. non-noble 메타표면의 측정된 흡수 스펙트럼은 시뮬레이션 결과와 잘 일치합니다. 초박형 흡수층(두께 =10 nm)의 효율적인 광 흡수 및 광열 에너지 변환으로 인해 비귀금속 메타표면은 할로겐 광원(피 =1.2kW/m 2 ). 증가된 온도(ΔTe =25.1 K)는 최근 보고된 금 입자 메타표면(ΔTe =12 °C 아래 P)보다 더 높습니다. =2.4kW/m 2 ) [48] 및 금/니켈 플라즈몬 메타표면(ΔTe =8 °C에서 P =1.2kW/m 2 ) [49]. 실제 적용을 위해 메타표면이 할로겐 광원 아래에서 얼음을 제거할 수 있음을 보여줍니다(P =1.2kW/m 2 ). 이는 금/TiO2 기반의 이전 태양열 방빙 작업에 비해 더 효율적입니다. P가 있는 할로겐 광원을 사용하는 입자 메타표면 =2.4kW/m 2 [48]. 리소그래피가 필요 없는 1D 수층 메타표면의 제작은 확장이 용이하여 실제 광열 응용 분야에서 광범위하게 사용할 수 있습니다.
설계된 1D 다층 메타표면은 그림 1a와 같이 두꺼운 금속막 위에 절연체/금속(고손실)/절연체 박막으로 구성됩니다. 상단 3개의 얇은 층의 두께는 h입니다. 1 , h m , 그리고, h 2 , 각각. 조명광은 IM 평면 나노구조의 유전체-공기 계면과 유전체-금속 계면에서 앞뒤로 반사되어 그림 1b(공진기 1)와 같이 공진기를 구성할 수 있습니다[48]. Resonator 1의 길이는 h입니다. 1 . 마찬가지로 금속(고손실)/절연체/금속(고손실) 평면 나노구조체도 공진기[49,50,51](그림 1c에서 Resonator 2로 표시)이고 Resonator 2의 길이는 다음과 같습니다. 2 . 두 공진기의 공진 조건은
$$2\left( {\frac{2\pi }{{{\lambda_{{\text{res}}}}}}} \right){n_i}{t_i} + {\emptyset_b} + {\emptyset_t} =2\pi m$$ (1) <사진><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springerature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-020 -03471-1/MediaObjects/11671_2020_3471_Fig1_HTML.png?as=webp">
1D 소수층 메타표면 설계
여기에서 λ res 공명 파장이다. n 나 그리고 t 나 는 각각 절연층의 굴절률과 두께입니다. 나 공진 모드의 순서를 결정하는 정수입니다. Φb 및 Φt 두 반사에서 얻은 위상 변이입니다. 식을 기반으로 합니다. (1) t 증가 나 , 공진 파장 λ res 적색 편이 됩니다. 게다가 두께가 증가함에 따라(t 나 ) 절연체 층의 공진 모드 수가 증가합니다. 흡수를 증가시키고 작동 대역폭을 넓히기 위해(∆λ 흑백 ) 공진기의 경우 상단 및 하단 금속층 모두에 고손실 금속 재료가 사용됩니다. 우리 모두 알다시피 자연에는 Ti, W 및 Ni와 같은 많은 고손실 물질이 있습니다. 이러한 재료는 저렴합니다. 여기서 Ti는 고손실 금속(2층 및 4층)으로 선택된다. MgF2 레이어는 첫 번째 및 세 번째 레이어로 선택됩니다. SiO2와 같은 기타 유사한 유전체 , TiO2 , 폴리머도 유전층으로 사용할 수 있습니다.
그림 1a의 구조에 2개의 공진기가 있음을 증명하기 위해 그림 1b, c의 IM 및 MIM 평면 구조의 흡수 스펙트럼을 각각 시뮬레이션하고 묘사했습니다. 메타표면의 흡수는 A 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다. =1 − R − T . 제안된 구조를 시뮬레이션하기 위해 2차원 FDTD(finite-difference time-domain) 방법을 수행하였다. 수직 입사광은 x 방향을 따른 편광과 함께 음의 z 방향을 따라 입사합니다. 메쉬 크기는 1nm로 설정됩니다. 주기적인 경계 조건은 x 및 y 방향으로 적용됩니다. PML(Perfectly Matched Layers)은 모델의 상단 및 하단 경계에서 구현됩니다. 유전체 및 금속 재료의 유전율 값은 [53]의 실험 데이터를 사용합니다. 실험에서 설계된 메타표면은 E-빔 증발기를 사용하여 제작된다. 메타표면의 광투과(T) 및 반사(R) 스펙트럼은 Shimadzu UV3600 분광광도계로 측정됩니다.
그림 1b의 IM 구조의 경우 MgF2 /Ti 평면 구조는 MgF2에 배치됩니다. 기판 및 두께(h m ) Ti 층의 10nm입니다. 그림 2a와 같이 유전체층의 두께가 증가함에 따라 MgF2에서 공진모드의 수를 관찰할 수 있다. /Ti 층 구조가 점차 증가하여 식과 잘 일치합니다. (1). 이것은 MgF2 그림 1b의 /Ti 레이어 구조는 입니다. 공진기[48]. 한편, 더 낮은 공진 모드(유전체 층의 더 얇은 두께에 해당)가 더 큰 대역폭(∆λ 흑백 ). 그림 1c의 MIM 구조의 경우 두께(h 2 ) 상단 Ti 레이어는 10nm로 설계되었지만 하단 Ag는 투과광을 차단하기 위해 무한대입니다. 유사하게, 우리는 명백한 공진 거동을 볼 수 있으며, 저차 공진 모드는 더 큰 대역폭(∆λ 흑백 ), 그림 2b와 같이
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아 MgF2 구조의 시뮬레이션된 흡수 스펙트럼 /Ti/MgF2 다른 h 레이어 1 . ㄴ Ti/MgF2 구조의 시뮬레이션된 흡수 스펙트럼 /Ti 레이어가 다른 h 2 . ㄷ MgF2로 구성된 메타표면 구조의 시뮬레이션된 흡수/투과/반사 스펙트럼 /Ti/MgF2 /Ti 레이어는 기판에 있습니다. d 두 흡수 피크의 파장에서 구조에 대한 전력 소산 밀도 계산
광대역 흡수 스펙트럼을 얻기 위해 Resonator 1과 Resonator 2는 두께(h 1 =105nm, h 2 =95 nm) 2개의 유전체(위상 일치) 레이어. 유전-공기 계면 및 유전-금속 계면의 반사율이 상대적으로 낮기 때문에 기본 공진 모드는 높은 광 손실을 갖는다. 그림 2c는 350~1500nm 범위의 가시광선 및 근적외선 파장에 대한 메타표면의 흡수(빨간색 실선) 시뮬레이션 결과를 보여줍니다. 2개의 공진기가 있기 때문에 그림 2c와 같이 더 짧은 파장(약 470nm)과 더 긴 파장(약 790nm)에 두 개의 흡수 피크가 있습니다. 이 두 공진 피크는 두 공진기의 상호 작용으로 인해 격리된 공진기의 공진 피크에서 약간 벗어납니다. 공진기의 중첩으로 인해 1D 소수층 메타표면은 350~1200nm 파장에서 평균 흡수 효율이 97%보다 높습니다. 작동 대역폭(A> 90%) ∆λ 흑백 =1000 nm는 이들보다 큽니다(∆λ 흑백 ≤ 750nm) IM 및 MIM 구조를 기반으로 하는 이전 태양열 흡수 장치[1,2,3,4,5,6,7,8].
1D 메타표면 흡수체의 물리적 메커니즘을 추가로 확인하기 위해 두 흡수 피크에서 전력 소산 밀도 분포 맵을 계산하고 그 결과를 그림 2d에 표시합니다. 예상대로 입사광은 주로 얇은 흡수(고손실 금속)층에서 흡수됩니다. 또한 제안된 구조 설계의 효율성과 보편성을 입증하기 위해 다른 고손실 금속에 의한 메타표면의 성능도 시뮬레이션합니다. 예를 들어, 다른 금속(예:W, Ni 및 Cr)을 사용하여 비귀금속 메타표면의 흡수, 투과 및 반사 시뮬레이션 결과는 추가 파일 1:그림 S1에 설명되어 있습니다. 시뮬레이션에서 첫 번째 및 세 번째 레이어의 재료는 MgF2입니다. . W를 사용한 메타표면도 350~1000nm 범위의 파장에서 평균 흡수율이 97% 이상입니다.
흡수층의 두께가 다른 메타표면의 흡수 스펙트럼이 계산되고 그림 3a에서 논의됩니다. 메타표면 흡수체는 얇은 흡수층의 광범위한 두께(6nm <d) 내에서 400-1200nm의 파장에서 90% 이상의 평균 흡수를 유지합니다. m <16nm). 결과는 얇은 흡수층의 두께 범위에서 높은 흡수 성능을 얻을 수 있음을 나타내며, 이는 편리한 제조에 유리합니다. 그러나 단일 공진기를 사용하는 이전 작업은 효율적인 흡수를 달성하기 위해 임계 결합 조건에 대해 얇은 흡수층의 고정밀 두께가 필요합니다.
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아 다른 h를 갖는 메타표면 구조의 시뮬레이션된 흡수 스펙트럼 m . ㄴ –ㄷ b 아래의 메타표면 흡수체의 각도 의존적 흡수 스펙트럼 TE 극성 및 c 각각 TM 편광. d TE 편광 및 TM 편광의 0°~80° 다양한 입사각에서 350~1000nm 범위의 평균 흡광도입니다. 이 계산된 태양열 대 열 효율(C =1000) TE 편광 및 TM 편광의 0° ~ 80° 다양한 입사각
각도 및 편광 의존성은 또한 광 흡수체를 평가하는 중요한 기준이므로 그림 3b, c와 같이 가로 전기(TE) 및 가로 자기(TM) 모드 모두에 대해 서로 다른 입사각에서 흡수 스펙트럼을 추가로 계산합니다. . 350~1000nm 범위의 파장에서 평균 흡수도 계산되어 그림 3d에 표시됩니다. 350~1000nm 범위의 파장에서 평균 흡수가 65°의 높은 입사각에서 90% 이상으로 유지된다는 것을 분명히 알 수 있습니다. 평균 흡수는 입사각이 증가함에 따라 약간 감소하고 TE 편광 및 TM 편광에서 최대 75°의 입사각에 대해 여전히 최대 80%입니다. 하나의 공진기를 기반으로 한 이러한 이전의 몇 층 평면 나노구조의 경우 400~1000nm 범위의 파장에서 평균 흡수 효율은 TE 편광 입사에서 40°보다 큰 입사각에 대해 90% 아래로 떨어질 것입니다.[1,2,3] ,4,5,6,7,8, 48, 50]. 이러한 결과는 이 메타표면이 이전의 소수층 평면 흡수체와 비교하여 최상의 각도 독립성 성능을 가지고 있음을 보여줍니다[1,2,3,4,5,6, 7,8]. 그 이유는 이전에 보고된 대부분의 소수층 평면 흡수체는 한 종류의 흡수 메커니즘에만 기반을 두고 있기 때문입니다. 그러나 우리 흡수기의 흡수는 2개의 고손실 공진기의 중첩을 기반으로 합니다. 시뮬레이션된 흡수 스펙트럼을 기반으로 태양열에서 열로의 변환 효율 ƞ을 계산합니다. , 다음과 같이[52]
$$\Delta ={E_{\upalpha }} - {E_R} =\frac{{C \times \smallint {\text{d}}\lambda {\upalpha }\left( \lambda \right){E_{ {\text{solar}}}}\left( \lambda \right) - \smallint {\text{d}}\lambda \alpha \left( \lambda \right){E_{\text{B}}}\ left( \lambda \right)}}{{C \times \smallint {\text{d}}\lambda {E_{{\text{solar}}}}\left( \lambda \right)}}$$ ( 2)여기서 E α 는 총 태양 흡광도입니다. 이 R 는 열복사 손실입니다. 이 태양광 스펙트럼 태양 조사입니다. EB (λ ,T A )는 온도 T에서의 흑체 복사입니다. A; 그리고 C는 일반적으로 1에서 1000 사이의 농도 계수입니다[52]. 계산된 결과는 그림 3e에서 실선으로 표시됩니다. 흡수기는 높은 ƞ 성능을 발휘합니다. 태양열 입사각이 θ인 TE 편광에서> 0.9 <=60°, 그림 3e와 같이. 한편, 흡수체는 ƞ> =0.9 입사각이 θ인 TM 편광에서 <=55°, 그림 3e와 같이. 이 성능은 이전의 태양열 흡수 장치보다 우수합니다[52]. ƞ 다양한 입사각으로 Ref. [52]는 그림 3e에서 점선으로 표시된다. TM 편광의 경우 ƞ 우리의 흡수기의 흡수는 [52]의 흡수기의 그것보다 약 20% 더 높습니다. 이러한 결과는 메타표면의 광학적 흡수가 광대역일 뿐만 아니라 광각임을 보여줍니다.
제안된 1D 메타표면 흡수체를 검증하기 위해 E-빔 증발기를 사용하여 설계된 메타표면을 제작합니다. Ti(150nm)의 하단 레이어, MgF2 스페이서 (95 nm), 얇은 흡수 Ti 층(10 nm) 및 MgF2 층(105nm)이 유리 기판에 증착됩니다. 제작된 흡수체의 이미지는 그림 4a에 나타나 있으며 샘플이 모두 검은색임을 알 수 있습니다. 다음으로 광전송(T ) 및 메타표면의 반사(R) 스펙트럼은 적분구(ISR-3100)에 부착된 Shimadzu UV3600 분광광도계를 사용하여 350–1500nm의 파장에서 측정됩니다. 흡수(A )는 A로 계산됩니다. =1–R –티 . 분명히 우리는 두 개의 흡수 피크가 있는 광대역 흡수 스펙트럼을 볼 수 있으며, 그림 2c의 시뮬레이션 결과와 그림 4b의 실험 결과 간에 좋은 일치를 나타냅니다. 실험 결과의 평균 흡수는 350~1200nm의 파장에서 97% 이상입니다. BW(∆λ 흑백 )의 90%보다 큰 흡수는 최대 1030nm(350nm-1380nm)이며, 이는 그보다 큽니다(∆λ 흑백 =750nm[51]) 이전에 보고된 IM 및 MIM 평면 흡수체[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17].
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아 유리 기판의 메타표면 사진. ㄴ 메타표면 구조의 실험적 흡수/투과/반사 스펙트럼. ㄷ PE 기판의 유연한 메타표면 사진. d 유연한 메타표면의 실험적 흡수/투과/반사 스펙트럼. 이 편광되지 않은 빛에서 메타표면 흡수체의 실험적 각도 의존 흡수 스펙트럼. 에 0°~70°의 편광되지 않은 빛의 다양한 입사각에서 350~1000nm 범위의 파장에서 실험적 평균 흡수
또한 유연한(PE, 폴리에틸렌) 기판에 메타표면 구조를 증착합니다. 그림 4c는 제작된 유연한 샘플의 이미지를 나타냅니다. 이 이미지도 검정색입니다. 유연한 샘플의 광학 특성도 측정하고 그림 4d에 표시하며 350-1100nm의 파장에서 95% 이상의 평균 흡수를 얻습니다. 도 4b, d의 단파장에서의 흡수차가 작은 이유는 증착 공정에서 금속/유전체의 고정밀 두께를 확보하기가 다소 어렵기 때문이다. 그림 4e와 같이 편광되지 않은 빛을 사용하여 다양한 입사각에서 흡수 스펙트럼도 측정합니다. 실험 결과는 시뮬레이션 결과와 일치하는 흡수체가 입사각에 둔감함을 보여줍니다. 0°~70°의 다양한 입사각에서 350~1000nm 범위의 측정된 평균 흡수도 그림 4f에 나와 있습니다. 350nm~1000nm 범위의 파장에서 측정된 평균 흡수는 다음과 같이 입사각에서 90% 이상으로 유지됩니다. 65°로 높으며 이는 그림 3d의 시뮬레이션 결과와 잘 일치합니다. 하나의 공진기를 기반으로 한 이러한 보고된 몇 층 평면 나노구조의 경우 400~1000nm 범위의 파장에서 평균 흡수 효율은 TE-편광 입사에서 40°보다 큰 입사각에 대해 90% 미만으로 떨어집니다.[1,2 ,3,4,5,6,7,8, 48, 50]
광열 응용 분야에서 메타 표면의 잠재력을 추가로 평가하기 위해 광 가열 특성도 특성화합니다. 광대역 할로겐 광원을 사용하고 XINTEST-HT18 적외선 온도계로 메타표면 샘플의 증가된 온도를 기록합니다. 할로겐 광원의 전력은 다음 실험에서 XINBAO-SM206 광도계로 측정되었습니다. 그림 5a에서 생성된 열이 메타표면 샘플 주변에 크게 국한되어 있음을 분명히 알 수 있습니다. 유연한 메타표면은 P 할로겐 조명 아래에서 실온에서 표면 온도를 25.1K 증가시킵니다. =1.2kW/m 2 . 표면 온도의 증가는 금 입자 메타표면(A =83%, ∆T e =12°C, P =2.4kW/m 2 )[54] 및 금/니켈 플라즈몬 메타표면(∆T e =8 °C, P =1kw/m 2 ) [55] 또한, 그림 5b, c는 메타표면과 유리 샘플에 동결된 물방울의 대표적인 이미지 시퀀스를 보여줍니다. 먼저, 메타표면과 유리의 표면에 단일 물방울이 침전되어 동결됩니다. 그런 다음 할로겐 램프 조명(P ≈ 1.2kW/m 2 ) 메타표면이나 유리에 부착된 얼어붙은 물방울로 표면을 비춥니다. 메타표면 샘플의 경우 액적은 40초 후에 미끄러지기 시작하고 약 75초 이내에 완전히 제거됩니다. 대조적으로, 동일한 조명 하에서 유리에 대해 동결된 액적의 변화는 보이지 않습니다. 조명 강도(P =1.2kW/m 2 ) 우리 작업에서 입사광의 절반에 불과합니다(P =2.4kW/m 2 ) 금/TiO2를 기반으로 한 이전의 태양열 방지 연구에서 입자 메타표면[54]은 메타표면이 실제 적용에 더 유리함을 나타냅니다.
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아 메타표면 흡수체의 열화상. ㄴ 조명된 메타표면과 유리에 얼어붙은 물방울의 대표적인 스냅샷
요약하면, 유전체/금속/유전체/금속 층으로 구성된 1D non-noble 메타표면을 기반으로 광대역 흡수체를 구현하기 위한 효율적인 설계 전략이 제안되었습니다. 2개의 고손실 공진기를 겹쳐서 350~1200nm 파장에서 97% 이상의 평균 흡수를 달성했습니다. 90%보다 큰 흡수의 대역폭은 최대 1000 nm(410–1410 nm)로 이전 MIM 평면 흡수기의 대역폭(≤ 750 nm)보다 컸습니다[1, 5, 8, 25,26,27]. 메타 표면은 간단한 E-빔 증착 방법으로 제작되어 대면적 적용 가능성을 제공합니다. 시뮬레이션 및 실험 결과에 따르면 흡수체의 광대역 흡수는 350~1000nm 범위의 65°만큼 높은 입사각에서 90% 이상으로 유지되었습니다. 이전의 몇 층 평면 흡수기의 경우 400~1000nm 범위의 파장에서 평균 흡수 효율은 TE 편광 입사에서 40°보다 큰 입사각에 대해 90% 아래로 떨어질 것입니다.[1,2,3,4,5] , 6, 7, 8, 48, 50]. 또한, 유연성은 유연한 기판에 메타표면을 증착하여 입증되었습니다. 유연한 메타표면은 P 할로겐 램프 아래에서 실온에서 표면 온도를 25.1K 증가시켰습니다. =1.2kW/m 2 . 실제 적용을 위해 P 할로겐 램프 아래에서 얼음을 제거하기 위한 유연한 메타표면의 능력을 조사했습니다. =1.2kW/m 2 . 광대역과 효율적인 흡수를 가진 이 1D 메타표면은 태양 에너지 기반 얼음 공포증에 잠재적으로 응용될 수 있습니다.
현재 연구 중에 생성 및/또는 분석된 데이터 세트는 합당한 요청이 있는 경우 해당 저자로부터 사용할 수 있습니다.
대역폭
유한 차분 시간 영역
절연체-금속
금속-절연체-금속
나노물질
초록 본 논문에서는 THz 마이크로볼로미터 어레이의 마이크로 브리지 구조에 금속 스플릿 링 공진기를 기반으로 하는 주기적 구조를 통합하여 넓은 주파수 범위에서 높은 THz 파장 흡수를 달성합니다. 35μm × 35μm의 작은 단위 크기로 다층 구조 어레이의 THz 파장 흡수 특성에 대한 분할 링 구조의 영향을 연구하여 공명 흡수 주파수를 조작합니다. 스플릿 링과 금속 디스크의 결합 구조를 통합하여 흡수 대역폭을 효과적으로 증가시킵니다. 광대역 THz 흡수는 다른 구조의 흡수 피크를 결합하여 형성됩니다. 금속 디스크와 결합된 이중
초록 페로브스카이트 태양 전지는 밴드 갭 조정이 가능하고 흡수 계수가 높으며 준비 비용이 낮기 때문에 실리콘 기반 탠덤 태양 전지에 사용됩니다. 그러나 상부 페로브스카이트 흡수층의 광학 굴절률과 비교하여 하부 실리콘의 상대적으로 큰 광학 굴절률은 2단자 장치에서 상당한 반사 손실을 초래합니다. 따라서 Si 바닥 셀에서 광전류 흡수를 향상시키기 위해서는 광 관리가 중요합니다. 이 논문에서 TiO2로 채워진 나노홀 어레이 하단 셀 설계에 도입되었습니다. 유한 차분 시간 영역 방법을 통해 300~1100nm 범위의 흡수 효율과 광전류
