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Ultra-Broadband and Omnidirectional Perfect Absorber Based on Copper Nanowire/Carbon Nanotube Hierarchical Structure
ACS Photonics ( IF 6.5 ) Pub Date : 2020-01-10 , DOI: 10.1021/acsphotonics.9b01658 Fatemeh Kiani 1 , Florian Sterl 2 , Ted V. Tsoulos 1 , Ksenia Weber 2 , Harald Giessen 2 , Giulia Tagliabue 1
ACS Photonics ( IF 6.5 ) Pub Date : 2020-01-10 , DOI: 10.1021/acsphotonics.9b01658 Fatemeh Kiani 1 , Florian Sterl 2 , Ted V. Tsoulos 1 , Ksenia Weber 2 , Harald Giessen 2 , Giulia Tagliabue 1
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Zero reflection and complete light absorption are required in a wide range of applications ranging from sensing devices to solar heaters and photoelectrodes. However, simultaneously satisfying the requirements of the broadband spectrum, omnidirectionality, polarization insensitivity, and scalability is very challenging. Combining the light-trapping characteristics of microscale copper nanowires (Cu NWs) with the unique optical properties of carbon nanotubes (CNTs), we experimentally demonstrate a novel perfect absorber that has an average total reflectance of 0.75% over the broad 400–1000 nm wavelength range and an average specular reflectance as low as 0.1%. Importantly, our cactus-like, hierarchical structure retains a similar performance independently of light polarization and for a broad range of incident angles. We furthermore developed a model that elucidates how the Cu NW and CNT components synergistically contribute to the suppression of both specular and diffuse reflections while maximizing light absorption. Thanks to the scalability of the fabrication process, on the basis of the thermal oxidation and chemical vapor deposition methods, our broadband and omnidirectional perfect absorber exhibits a large potential for boosting the performance of many light-harnessing devices.
中文翻译：
基于铜纳米线/碳纳米管分层结构的超宽带全向完美吸收体
从传感设备到太阳能加热器和光电极，在广泛的应用中都要求零反射和完全吸收光。然而，同时满足宽带频谱的要求，全向性，偏振不敏感性和可扩展性是非常具有挑战性的。将微型铜纳米线（Cu NWs）的光捕获特性与碳纳米管（CNT）的独特光学特性相结合，我们通过实验证明了一种新型的完美吸收体，在400-1000 nm宽波长范围内的平均总反射率为0.75％范围和平均镜面反射率低至0.1％。重要的是，我们的类似仙人掌的层次结构保留了与光偏振无关的相似性能，并具有宽广的入射角范围。我们进一步开发了一个模型，该模型阐明了Cu NW和CNT组分如何协同作用，从而在最大程度地吸收光的同时抑制了镜面反射和漫反射。由于制造工艺的可扩展性，在热氧化和化学气相沉积方法的基础上，我们的宽带和全向完美吸收体具有很大的潜力，可以提高许多光缆装置的性能。
更新日期：2020-01-10
中文翻译：
基于铜纳米线/碳纳米管分层结构的超宽带全向完美吸收体
从传感设备到太阳能加热器和光电极，在广泛的应用中都要求零反射和完全吸收光。然而，同时满足宽带频谱的要求，全向性，偏振不敏感性和可扩展性是非常具有挑战性的。将微型铜纳米线（Cu NWs）的光捕获特性与碳纳米管（CNT）的独特光学特性相结合，我们通过实验证明了一种新型的完美吸收体，在400-1000 nm宽波长范围内的平均总反射率为0.75％范围和平均镜面反射率低至0.1％。重要的是，我们的类似仙人掌的层次结构保留了与光偏振无关的相似性能，并具有宽广的入射角范围。我们进一步开发了一个模型，该模型阐明了Cu NW和CNT组分如何协同作用，从而在最大程度地吸收光的同时抑制了镜面反射和漫反射。由于制造工艺的可扩展性，在热氧化和化学气相沉积方法的基础上，我们的宽带和全向完美吸收体具有很大的潜力，可以提高许多光缆装置的性能。
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