Mie諧振電介質顆粒超材料熱輻射特性的機理研究

《Mie諧振電介質顆粒超材料熱輻射特性的機理研究》是依託上海電力大學，由朱群志擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：Mie諧振電介質顆粒超材料熱輻射特性的機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱群志
• 依託單位：上海電力大學

項目摘要

超材料熱輻射的相關研究是國際微納尺度熱輻射領域的前沿研究。以亞波長大小的電介質顆粒分布在基體中形成的超材料是國際上近幾年出現的新型超材料。這種材料製備比較簡便，可構造出各向同性材料。國際上對Mie諧振電介質顆粒超材料的研究較少。本項目對Mie諧振電介質顆粒超材料的熱輻射特性進行研究，得出電介質顆粒和基體光學性質、顆粒形貌、顆粒空間分布等因素對超材料熱輻射特性的影響規律，確定發射率和吸收率等熱輻射物性對波長的分布特點，揭示Mie諧振電介質顆粒超材料熱輻射特性的影響作用機理，為超材料熱輻射特性的調控提供理論基礎。同時，採用精確的電磁波求解方法，與Mie理論結合有效介質理論求解方法得出的結果進行比較，探討Mie理論結合有效介質理論求解方法的精確性。本項目的研究工作具有重要的科學意義，項目成果可以促進相關方面的研究。

結題摘要

超材料熱輻射的相關研究是國際微納尺度熱輻射領域的前沿研究。國際上對由Mie諧振電介質顆粒構成超材料的熱輻射特性的研究較少。本項目對Mie諧振電介質顆粒超材料的熱輻射特性進行研究。主要研究了材料、顆粒體積分數、顆粒形貌、粒徑分布等因素對超材料光學常數、以及反射率、吸收率、發射率等熱輻射特性的影響；研究了顆粒有序排列和無序排列對材料熱輻射特性的影響，以及不同理論分析方法精確性。製備了不同的納米顆粒，研究了納米顆粒的光學特性；製備了不同材料形成的粒子系，研究了材料和顆粒體積分數等對粒子系輻射特性的影響。研究發現，不同金屬材料和基體所形成的複合薄膜，Au和Ag等金屬顆粒構成的超材料均具有明顯的吸收峰，但是Cu顆粒構成的超材料並沒有明顯的吸收峰。正方體型和金字塔形納米顆粒所形成的複合薄膜吸收峰，比球形納米顆粒所形成的複合薄膜吸收峰高、共振吸收峰半高寬變寬。球形核殼結構納米顆粒構成的超材料，對光的吸收呈現出兩個吸收峰；調整納米顆粒的核殼占比可改變所形成超材料的吸收情況，短波處的吸收峰位置相對固定，波長較大的吸收峰的位置可以在可見光範圍至近紅外區域中調節。對於橢球形納米顆粒形成的超材料，短波處的吸收峰位置和強度基本不變，波長較大的吸收峰的位置可通過橢球體的形狀進行調節。顆粒規則排列複合薄膜的吸收峰一般高於顆粒隨機分布複合薄膜的吸收峰，當體積分數小於10%，吸收峰強度可提高20%—25%。採用時域差分有限方法，與Mie理論結合有效介質理論分析方法得出的結果進行比較，發現Bruggeman理論計算結果在吸收峰值比Maxwell-Garnett理論更加符合FDTD得出的精確解。製備了核殼結構Ag2S/Ag顆粒，理論分析得出八角形的核殼結構顆粒在可見及近紅外波長範圍記憶體在多個吸收峰，研究了核殼結構Ag2S/Ag顆粒分散形成的納米流體的吸收特性。本項目的研究工作具有一定的科學意義，研究成果可以促進Mie諧振電介質顆粒超材料熱輻射特性研究的開展。