飞秒激光制备金属表面电磁波增强吸收微纳米结构研究

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1、目录摘要ABSTRACT录第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．1电磁波吸收材料的研究进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2飞秒激光制备表面微纳米结构的发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5第二章飞秒激光制备微纳米结构提高可见．红外吸收的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．102．1实验装置和实验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．102．2飞秒激光在金属表面加工周期性微纳米结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．12第三章周期性微纳米结构吸波机理的数值模拟研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．173．1关于FDTDSolutions软件的介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯173．2金属表面光栅结构的光谱选择性吸收介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．183．3有限时域差分法(FDTD)模拟计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21第四章飞秒激光制备微纳米结构对微波段吸收的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．264．1测量方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．264．2实验步骤与实验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．274．3微波段的吸收机理⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．32总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．34展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．35致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．36参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯37第一章绪论帚一旱殖记随着社会的不断发展和科学技术的进步，各种电气、电子设备为社会建设以及人们生活提供便利的同时也给我们的生存空间带来了电磁污

4、染。因此吸波材料越来越受到人们的重视，它的研究和发展使人们能在发展的同时拥有一个良好的生存环境。此外，如何合理的利用电磁波资源成为一种继水源、煤炭和风能之后又一个具有很好的发展前景和实用价值的新能源，例如人们使用太阳能来发电，以及在夜晚收集红外线来观测周围环境等。而利用飞秒激光在金属表面诱导周期性微纳米结构来吸收电磁波是一项极具发展前景的技术。1．1电磁波吸收材料的研究进展电磁波谱的波长范围从1×10。11em到3×1010em，它由丫射线、X(伦琴)射线、紫外线、可见光、红外线、微波及无线电波所组成。电磁波拥有波粒二象性，即粒子性和波动性。电磁波

5、的波动性体现在电磁辐射可用波长和频率等参数来进行描述；而电磁波的粒子性表现为在传播空间中，其能量不是均匀连续地分布，例如光波的能量是集中在光子上的。电磁波吸波材料有很多分类方式，由自身的吸波能力和制造工艺可分为结构型和涂覆型两种；而由材料的吸波机理，又可以分为磁损耗、电损耗、纳米材料以及其它类型的吸波材料等。电磁波吸收材料是通过把入射到材料上的电磁波转换成焦耳热或者其他能量。通常吸波材料都是由吸收介质与基体材料组成。但是各种材料的微观形貌与成分存在一定差异，因此对不同波段的电磁波的吸收机理也不尽相同。下面我将对不同波段的吸波材料进行简单的介绍。1．

6、1．1紫外波段吸波材料由于人类科技工业的发展，大量排放的氟利昂等有害气体使地球的臭氧层遭到破坏，使到达地球表面的紫外线辐射量越来越多。近些年，环境问题日益严峻，大气中二氧化碳含量增高等环境污染也对臭氧层产生破坏导致了紫外线不断增强，紫外线对人们的生活和生产产生了非常严重的危害和影响，因此人们研究开发了紫外线吸收剂以满足的生活和经济性能的要求。对于紫外光的防护一般通过吸收或散射、反射实现的。因此可以将紫外吸波材料分为紫外吸收剂和紫外散射剂。紫外吸收剂通常是有机类的化合物，而紫外散射剂通常是无机类的氧化物等。1．有机类【1，2】有机类紫外吸波材料主要是

7、由分子里包含的紫外波段的发色团，例如-N=N．、=C-N．、=C=O、-N=O等对小于400rim波长的紫外线进行吸收来达到紫外防护功能，一般也称为紫外吸收剂。它主要包括水杨酸系、二苯甲酮系以及苯并三唑等。】因为水杨酸系易挥发、熔点低、而且吸收带的波段低，所以很少被用到。但是二苯甲酮中的反应基团．OH能够自由控制，与纤维产生离子结合的性能较好，可是其耐热性比较差。二苯甲酮自身的光致互变能导致光转变为热，将所吸取的能量消耗后返回到基态能级。二苯甲酮对紫外波段在280nm以下的吸收效果不明显，而且易泛黄。对近紫外吸收范围最大的是苯并三唑系，因此它也成为

8、了首选紫外吸收剂。通常状态下在纤维表层吸附着单个分子但是苯并三唑没有反应性基体。这一类的吸收剂的毒性比较小、熔点高而且在高