[01377155]光学黑体材料的实验制备、吸波机理及高品质传感研究

本项目属于应用物理、纳米光学、材料科学与工程技术等交叉学科领域。 具有完美光学吸波响应的黑体材料是新能源、新型光电功能材料与器件研究的重要前沿之一。如何构建并高效、大面积制备具有超宽或超窄带光谱响应的光学黑体材料,探索并发掘其内在独特的物理机制,进而拓展其在不同光电功能器件领域的应用,是这一领域备受关注的问题。本项目结合理论分析、模型仿真和实验验证等方法,设计和实现了一系列具有不同光谱吸波性能的新型黑体材料,探索和揭示了其光吸收响应的物理机制,拓展了其在光电功能材料包括高品质光学传感等领域的应用,为获取完美吸波性能及基于吸波响应的高品质传感提供了简易、普适且高效可调控的研究方法和手段。本项目主要围绕下列内容开展研究工作： （1）基于金属膜层成膜过程中金属纳米结构所支持的等离激元共振与强近场耦合效应,首次提出了利用金属膜层的动态成膜过程实现宽波段光学吸波材料的设想,构建了可大面积制备且高可控操作的光学吸波黑体材料,掌握了跨越整个可见光区域的宽带完美光吸收黑体材料的内在机制,为先进高效的黑体材料及及其在光电功能器件领域的应用提供了显著的理论与技术支撑。 （2）巧妙构建了基于自组装胶体晶体为模板的金属-介电复合光学吸波材料体系,拓展和升华了光学微腔在吸波黑体材料领域的应用,研究了复合结构中光-物相互作用的原理,首次提出了通过调节胶体晶体的腔模、多重等离激元共振及杂化耦合效应等调控黑体材料的光吸收特性的新方法;进一步利用此类吸波材料在不同环境下光吸收强度的超高对比度响应,有效放大传感过程中的光电信号和信噪比,实现了超高品质的光学传感。 （3）研究了基于深亚波长金属等离激元纳米腔结构的光学吸波效应,获得了吸波光谱带宽仅有8 nm的多频带完美吸波黑体材料的结构特征,阐明了多等离激元共振模式及其近场杂化耦合的物理机制,实现了高灵敏度、高品质且可高集成的生物传感器件模型。 （4）研究了金属微结构与介电光学微腔复合结构中的电磁耦合模式,首次提出了在金属等离激元晶体结构中引入光学微腔,进而实现多频段光完美吸收调控和连续金属膜层宽波段光学透明的新方法。 本项目获得国家自然科学基金、江西省自然科学基金和教育厅科研项目等的资助。项目成果不仅为完美吸波黑体材料的大面积制备提供了新方法和理论依据,对设计亚波长的高品质传感、光伏电池、光催化和透明电极等提供了新的思路和方法,而且丰富了等离激元共振、强近场耦合效应与电磁波相互作用的内在机理的认识,促进了纳米光子学、等离激元学与材料学等的交叉与发展,对基于新型黑体材料的光电功能材料与器件研究具有重要意义。同时,本项目主体研究结合了江西省的新能源与新材料资源发展战略目标,在具有高品质传感和高效率太阳能转换的黑体材料、透明金属材料及透明电极等方面取得了高水平成果,对推动我省战略新兴产业的技术和方法创新具有实际意义。 本项目成果主要发布在Appl. Phys. Lett.（影响因子3.515）、ACS Appl. Mater. Interface（影响因子7.145）、J. Mater. Chem. C（影响因子5.066）和Nanotechnology（影响因子3.821）等应用物理、光学、材料科学与工程技术领域的SCI一区、二区期刊上。所发表论文中包括1篇前封面论文（Outside Front Cover）、2篇入选ESI 1%和3%全球高被引论文以及1篇被英国物理学会IOP网页整版重点解读和亮点报道论文。所发表论文受到了国际学术同行的高度关注和评价,论文被国际同行高度评价和引用。SCI他引论文包括国际顶尖刊物[Adv. Mater （影响因子18.96）、Adv. Funct. Mater. （影响因子11.382）、Angew. Chem. Int. Ed. （影响因子11.709）、ACS Nano （影响因子11.709）、Small （影响因子8.315）、Nanoscale（影响因子7.76）、ACS Appl. Mater. Interface（影响因子7.145）、Nanophotonics （综述,大篇幅正面摘引,影响因子5.686）,J. Nanomaterials （综述,图片和内容大篇幅正面摘引）]等,单篇论文最高引用超过40次。