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激光蚀刻的纳米结构可控制光吸收

发布:laserpulse    |    2020-02-14 21:31    阅读:274
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直接对材料表面进行激光加工是一种强大的技术,通常通过在表面上创建纳米结构来改变这些材料的光学和电学性质。那些表面修饰以及材料修饰属性的精确控制仍然具有挑战性,这主要是由于随机元素影响了小规模结构本身的尺寸和几何形状。飞秒激光为更好地控制操作和创建具有亚波长周期性结构提供了一条途径。但是精确设计最终表面性能的能力仍然难以捉摸。

罗彻斯特大学的一个项目现在展示了一种影响表面纳米结构形态的新方法,从而影响了经过处理的金属光谱吸收。这项工作在《光科学与应用》中有报道。与未经处理的钨表面相比,这一突破可以直接用于热太阳能设备,从而提高钨基吸收器的效率并提高其热电发电性能。罗切斯特的郭春雷评论说:“这种表面不仅增强了从阳光中吸收能量的能力,而且还减少了其他波长的热耗散,实际上是首次制造出了完美的金属太阳能吸收器。”纳米结构通过复杂的过程影响金属表面的吸收光谱范围,该过程涉及在各个结构之间创建的共振模式,以及表面等离激元的行为-在适当条件下可能存在于材料表面的离域电子振荡。可以通过调整随机分布的纳米结构的大小和密度直接影响这些效果,而纳米结构的大小和密度又可以通过修改飞秒激光加工参数来控制。产生较小的纳米结构和较低的密度限制了表面纳米结构之间的杂交并导致窄带吸收剂,而增加纳米结构之间的杂交则产生了宽带吸收剂。

光材料:纳米结构表面

增强热电发电

在试验中,该项目使用Ti:蓝宝石发出波长800纳米,30飞秒脉冲,的激光来修饰铜、铝、钢和钨的表面,并发现经过处理的材料确实可以成为宽带光吸收剂和选择性太阳能吸收剂(SSA) ),具体取决于处理参数。研究小组在其发表的论文中指出:“对于太阳能应用,钨基SSA具有最高的太阳能吸收效率。”“比较未经处理的钨(W)的性能(通常用作太阳能吸收器)和经fs-激光处理的W(作为太阳能热电发生器的接收器)的性能表明,经过处理的W-SSA可将热电发电效率提高130%。”

罗切斯特小组说,这是飞秒激光处理过的表面首次能够用作高温吸收剂,以提高热电发电效率。在进一步的实验中,该团队使用飞秒激光脉冲在规则钨丝的表面上创建了纳米和微米级结构的阵列,从而使灯泡在相同的能耗下可以发出更明亮的光。郭说:“我们直接发射激光束通过灯泡玻璃,并改变了灯丝上的一个位置。” “当我们点亮灯泡时,我们实际上可以看到这一改变的地方明显比其余的灯丝更亮。”

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