Self-Assembly of Carbon Black/AAO Templates on Nanoporous Si for Broadband Infrared Absorption

材料科学 纳米孔 光电子学 吸收(声学) 红外线的 炭黑 制作 吸光度 等离子体子 可见光谱 纳米技术 光学 复合材料 物理 病理 天然橡胶 医学 替代医学
作者
Hui Li,Liang Wu,Heng Zhang,Wei Dai,Jiaming Hao,Hao Wu,Feng Ren,Chang Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (3): 4081-4087 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acsami.9b19107
摘要

Broadband absorption in the mid-infrared region is of significance for wide applications, such as photo/thermal detection, infrared stealth, and thermal imaging. Recently, metal-based plasmonic absorbers have been developed in the mid-infrared region. However, the fabrication cost, thickness, and bandwidth of these absorbers applied in aerospace still need to be improved. In this study, we propose and experimentally demonstrate a large-area, rather thin, metal-free absorber with broadband mid-infrared absorption based on a low-cost self-assembly process. The metal-free absorber is fabricated by spraying carbon black nanoparticles onto 5 μm-thick transferrable anodic aluminum oxide (AAO) templates on nanoporous Si graded-index films, which are fabricated by ion irradiation. Experimental results show that the average absorbance can reach 97.5% in the range of 2.5–15.3 μm. Full-wave numerical simulations show that the electromagnetic fields are greatly enhanced into pores, as these random carbon black particles serve as scatter centers and couple light into 5 μm-thick AAO templates, enhancing the interaction of light with carbon black significantly, and reveal that the high-performance broadband absorption is attributed to the light-trapping effect. The significant light absorption combined with a low-cost, high-production self-assembly technique suggests that the absorber can be used in the fields of optoelectronics and integrated photonics.

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