氮化钛纳米材料制备及其光热转换应用的研究进展

曹云波 梁 峰 王 森 何江锋 王晓函 郝 娴 张海军

1）武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室 湖北武汉430081 2）中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 河南洛阳471039

光热转换作为太阳能利用的一种有效途径，逐渐引起学者的广泛关注。纳米颗粒独特的局部表面等离子体共振（Localized surface plasmon resonance，LSPR）特性可以将光学控制的维度从三维降为二维或零维，实现纳米尺度超衍射极限光传输的有效调控，同时可在纳米尺度区域汇聚放大电磁能量，实现对紫外光至近红外光的增强吸收［1－3］。光热转换效应是通过材料表面LSPR特性将光能转化为电子或空穴谐振的动能，或者电子跃迁产生的能量，由晶格散射的振动能向周围环境传递从而使环境温度提高，具有LSPR特性的光热转换材料被称为热等离子体材料［4］。

热等离子体结构能够支持自由电子（表面等离子体）的集体振荡，具有许多特性，包括强共振散射和吸收，以及显著的近场增强，这使其有着广泛的应用［5－6］。常见的热等离子体材料有金属纳米材料和无机纳米材料（如非计量比金属氧化物、硫化物半导体和碳基纳米材料等）。贵金属材料（如Au及Ag）在可见光－近红外光波段具有吸收效应［7］，但由于成本昂贵限制了其在光热领域的广泛应用；而非贵金属（如Al及Cu）存在氧化失效问题［8－9］。非计量比半导体因金属原子（如Cu及W）空位或氧缺陷引起的LSPR性能而具有光热转换能力，但在高温和氧化条件下，缺陷容易消失导致其光热性能衰减［10］。……