新材料几乎没有光线反映

来自Rensselaer理工学院的研究人员团队创造了世界'S的第一材料几乎没有光线。

报告在3月份的自然光子学问题中,描述了一种由材料制成的光学涂层,使得能够大大改善对光的基本性质的控制。这项研究可以打开大门,更加亮的LED,更高效的太阳能电池和新一类"smart"许多其他潜在应用中,调整到特定环境的光源。

大多数表面都反映了一些光线—一路芦苇水坑一直到镜子。新材料与空气几乎相同的折射率,使其成为防反射涂层的理想结构块。它通过幅度的常规抗反射涂层减少反射率来设定世界历史。

称为折射率的基本属性控制材料的光量反射,以及其他光学性质,例如衍射,折射,以及材料内的光速。"折射率是光学和光子学中最基本的数量。它一直回到伊萨克·牛顿,谁叫它‘optical density,'"E. Fred Schubert,Wellfleet高级星座,未来筹码星座教授在renselaer和本文的高级作者。

舒伯特和他的同事创造了一种具有1.05的折射率的材料,这是极近的空气折射率和最低报道的折射率。对于比较,窗玻璃具有约1.45的折射率。

光学和光子学中令人难以置信的新事物

科学家们已经尝试了多年来创造能够消除不需要的反射的材料,这可以降低各种光学元件和装置的性能。"我们开始思考,折射率范围内没有可用的材料1.0-1.4," Schubert said. "如果我们有这样的材料,我们可以在光学和光子学中做出令人难以置信的新事物。"

所以球队创造了一个。使用称为倾斜角沉积的技术,研究人员在氮化铝的薄膜的顶部以精确的45度的角度沉积二氧化硅纳米棒,其是在先进的发光二极管(LED)中使用的半导体材料。从侧面,电影看起来很像一块草坪草皮的横截面,叶片略微平坦。

Schubert说,该技术允许研究人员强烈减少或甚至消除所有波长和传入角度的反射。常规的抗反射涂层虽然广泛使用,仅在单个波长下工作,并且当光源直接垂直于材料时。

广泛的应用

新的光学涂层可以在任何关于光线进入或退出材料的应用中使用,例如:

  • 更高效的太阳能电池。新涂层可以增加几个百分点到达太阳能电池有源区的光量,这可能对其性能产生重大影响。"常规涂层不适用于像太阳一样的广谱源," Schubert said. "太阳在紫外线,红外和可见光谱范围内发光。使用太阳提供的所有能量,我们不't想要任何由太阳能电池表面反射的能量。"
  • 更亮的LED。 LED越来越多地用于交通信号,汽车照明和退出标志,因为它们的电力远远较低,并且持续时间比传统的荧光灯和白炽灯泡更长。但目前的LED尚未亮,可以更换标准灯泡。消除反射可以改善LED的亮度,这可以通过固态来源加速更换传统光源。
  • "Smart"灯光。不仅可以改善LED提供显着的节能,它们还提供了完全新功能的潜力。舒伯特'S的新技术允许大大改善了光的基本属性的控制,这可能允许"smart"光源适应特定环境。根据Schubert的说法,智能光源提供了改变人类昼夜节律以匹配改变工作时间表的匹配,或者让汽车无法易于与汽车背后的汽车通信。
  • 光学互连。对于许多计算应用,使用光子通信是理想的,而不是电路中发现的电子。这是光子爆炸领域的基础。 Schubert说,新材料有助于实现更大的光线,帮助维持蓬勃发展的光子革命。
  • 高反射镜。根据Schubert的说法,抗反射涂层的想法也可以在头上转动。精确控制材料的能力'S折射率可用于制造极高的反射镜,其在许多光学部件中使用,包括望远镜,光电器件和传感器。
  • 黑色身体辐射。发展也可以推进基础科学。反映光线的材料被称为理想"black body."直到现在,没有这样的材料。研究人员可以使用理想的黑色身体在量子力学上脱光,从物理学中解释固有的物理学"weirdness"原子境界。

Schubert和他的同事只有几个新材料样本可以做到这一点,但倾斜角蒸发技术已经广泛用于工业,并且设计可以应用于任何类型的基板—不仅是诸如氮化铝的昂贵的半导体。

Schubert在接受对同一问题的采访中有了以来的推理。

其他几位Rensselaer研究人员也参与了该项目:教授Shawn-Yu Lin和Jong Kyu Kim;和研究生J.-Q. XI,Martin F. SCHUBERT和MINFENG CHEN。

该研究主要由国家科学基金会资助,美国能源部的额外支持,美国陆军研究办公室,纽约州科学,技术和学术研究办公室(NYSTAR),桑迪亚国家实验室和三星韩国先进技术研究所。晶体由晶体提供,是用于生产高功率,高温和光电器件的单晶铝氮化物基板的制造商,例如蓝色和紫外线激光器。

在舒伯特下'S领导力,未来的筹码星座侧重于材料和设备的创新,在固态和智能照明中,以及传感,通信和生物技术等应用。在学术界的一个新概念,君斯勒纳星座由战略重要性领域的优秀教师领导。每个星座都专注于特定的研究区域,并包括高中和初级教师和博士后和研究生的多学科组合。

http://www.rpi.edu/dept/NewsComm

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