Study of optical properties of thin multi-layers based on black metals

Abstract

Tenké vrstvy čiernych kovov sú charakterizované mimoriadne drsným a poréznym, fraktálovitým povrchom, schopným účinne absorbovať viditeľné a ultrafialové elektro- magnetické žiarenie. V tejto práci boli tenké vrstvy čierneho hliníka a titánu pripravené pulzným DC magnétronovým naprašovaním v reaktívnej atmosfére dusíka a argónu. Štruktúrne a optické vlastnosti boli stanovené analýzou röntgenovej difrakcie a difúznej reflektancie, zatiaľ čo ich morfológia, tepelná stabilita a chemické zloženie boli skúmané pomocou mikroskopie atómových síl, skenovacej elektrónovej mikroskopie a energiovo- disperznej spektroskopie. Termochromické materiály na báze oxidov prechodných kovov sú schopné meniť svoje optické vlastnosti v závislosti od teploty. Vrstvy WO3 a fos- forom dopované WO3 boli pripravované pomocou pulznej laserovej depozície pri rôznych teplotách substrátu a depozičných tlakoch kyslíka. Najlepšia reverzibilná termochromická odozva, charakterizovaná analýzou optických transmisných a spektroskopických elipso- metrických spektier pre rôzne teploty až do 500 řC, bola pozorovaná pre WO3 vrstvu s tetragonálnou kryštálovou štruktúrou a s posunom hodnôt energií zakázaného pásu v intervale od 2,7 eV do 2,4 eV. Na základe našich zistení sme testovali novú multivrstvu, ktorá vhodne kombinuje čierny kov s...

Thin films of black metals are characterized by their excessively rough, porous, fractal- like nanostructured surface, capable of strong light absorption. In this thesis, thin films of black aluminium and titanium were prepared using pulsed DC magnetron sputter- ing in a reactive nitrogen and argon mixture. The structural and optical properties were determined by XRD and diffuse reflectance measurements, while their morphol- ogy, thermal stability, and chemical composition were investigated by AFM, SEM, and EDX. Thermochromic materials based on transition metal oxides can change their opti- cal with temperature. WO3 and phosphorus-doped WO3 films were deposited by PLD at various substrate temperatures and oxygen deposition pressures. The best reversible thermochromic response, characterized by temperature-dependent optical transmittance and spectroscopic ellipsometry measurements up to 500řC, was observed for a WO3 film exhibiting a tetragonal crystal structure and a band gap shifting from 2.7 eV to 2.4 eV. Based on our findings, we tested a new heterostructured multi-layer appropriately combining a black metal with a thermochromic material, potentially improving its ther- mochromic response to light absorption and its subsequent conversion into heat. This combination might be utilized for the development...