石墨烯-介质复合材料的吸收特性研究

来源 :电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cc_7722
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
石墨烯具有零带隙、费米能级可调等优良特性,在光电探测、生物传感、太阳能电池等方面有着非常广泛的应用前景。然而受限于石墨烯单原子层超薄厚度,石墨烯仅仅具有约2.3%的光吸收。微弱的光吸收率限制了石墨烯在光电器件中的应用和发展。近年来,有很多学者纷纷提出利用等离子效应、介质或金属光学腔、倏逝波激发等方式来提高石墨烯的光吸收率,取得了积极进展。此外,也有一些学者对增加石墨烯吸收带宽做出了有益探索,但大多数宽带吸收器件都是基于图形化石墨烯纳米结构中多个共振模式叠加的原理,其制备需要高精度纳米加工技术,因此现有的关于石墨烯宽带吸收器件的研究大多停留在理论层面。本文提出利用四分之一波长光腔结构来调控石墨烯的吸收效率和带宽,在铜/二氧化硅/石墨烯三层膜中获得了石墨烯高达40%的吸收效率,同时通过改变腔长选择不同的共振模式,实现了石墨烯的吸收带宽在中心波长的10%到52%之间的调控。论文取得的主要成果如下:  (1)利用传输矩阵方法和时域有限差分方法建立了石墨烯-介质多层膜的光学仿真模型。仿真结果表明,本文设计的铜/二氧化硅/石墨烯多层膜对TE偏振光有吸收增强效应,其吸收效率随着入射角的增大而增大,而对于TM偏振光,其吸收随着入射角的增大而减小;两种偏振下光的吸收频率都随着入射角的增大而发生蓝移。此外,随着介质层厚度的增加,高阶共振模式被激发,其相应的共振频率范围逐渐变小,导致石墨烯吸收峰越来越窄。  (2)对四分之一波长薄膜腔中石墨烯的吸收调控机理进行了阐释。当介质层厚度为四分之一波长的奇数倍时,满足光场共振条件,其模式的最大光场分布在介质表面,刚好与石墨烯重合,导致石墨烯吸收增强;此外四分之一波长腔的共振模式的线宽与腔长成反比,腔长越长,线宽越窄,因此可以通过改变共振腔介质层的厚度来控制共振模式线宽,进而控制石墨烯的吸收带宽。  (3)在实验上制备出所设计的多层膜石墨烯吸收样品。红外光谱测试结果与理论仿真结果一致,对于TM偏振光,当入射角从15°变化到85°时,石墨烯的吸收从9%增加到40%,同时当二氧化硅介质层厚度从四分之一波长变化到四分之七波长时,石墨烯的吸收带宽从中心波长的52%减小到10%。  本文提出的石墨烯-介质多层膜吸收体结构简单,易于制备,为石墨烯吸收性能调控提供了一种简单有效的方法。
其他文献
本文通过对荣华二采区10
期刊
一边是世界那么大,我想去看看,一边是钱包那么小,哪都去不了……当下与远方是生涯和生活中所面临的经常命题.rn马云说:梦想总是要有的,万一实现了呢!在梦想丰满与现实骨感的
期刊
超短脉冲的具有峰值功率高、窄脉宽等特点,在物理学、生物学、医学、化学控制反应、光通讯、高密度存储和记录、精细加工等行业得到了广泛应用。随着超短脉冲技术的不断发展,脉
长久以来,能源的短缺以及由此产生的大气污染一直是世界各国关注的焦点问题。目前,随着世界范围能源需求增加,矿物燃料等常规能源将在下个世纪内枯竭,寻找低成本、环保和可持续发展的新能源是我们面临的最大挑战之一。因此必须发展和采用替代能源,特别是长期天然能源-太阳能。太阳能电池被认为是从太阳获取能量的主要候选者。但是由于成本和光电转换效率等因素极大地制约了太阳能电池产业大规模的发展。近年来,构筑先进硅太阳
造渣导致钢流夹渣现象不可避免,为了控制钢水的纯净度,需要实时检测出钢钢流中的钢渣比例。本论文深入分析和比较了国内外钢流夹渣检测方法的优缺点,结合国内转炉炼钢工艺流
对于审美主体与审美以及审美主体在审美中的作用,在经过学习艺术美学之后,我有了更深的理解,这有助于我欣赏更多的美术作品.每个人的感受大不相同,但也只有你处在审美活动中
当量子点电荷载流子尺寸与激子波尔半径可比时会产生量子限域效果,这意味着量子点具有尺寸可调等特殊性质。本课题调研了关于PbSe量子点热光效应的相关研究,制备薄膜并用Z-Scan法测试了非线性折射率,并得到其热光系数在10-4K-1量级附近。产生了利用其高热光系数与光纤传感结合制备传感器件的想法。首先制备了掺杂浓度为2mg/ml的PbSe/UV胶体量子点,并将其灌入内径为125um的空心光纤,随后两端
最初,梦想就是深植在我们心间的种子,满怀憧憬,细心呵护.期望着有一天,种子可以破土、抽芽、生长,直至葳蕤蓊郁、亭亭如盖.但是毕业就像一盘黑白格,白的一面光明温暖,滋润着
期刊
我国高速铁路建设正在向中西部重丘及山区延伸,不可避免的要填筑部分高路堤。高路堤的沉降问题一直是国内外专家学者的研究重点,路堤填土的压缩变形是高路堤沉降的重要组成部
大学生应该怎样确定自己的职业方向?毕业半年后,很多学弟学妹都会问我这个问题,这不只是在校群体的困惑,包括身边很多跟我同届毕业的朋友,如今也仍然处于迷茫状态.在我看来,
期刊