Verbesserte diffuse Reflexion und Mikrostruktureigenschaften einer hybriden Titandioxid-Nanokompositbeschichtung

Hintergrund

Durch raue Oberflächen induzierte Lichtstreuungsreaktionen, insbesondere diffuse Reflexion, dienen als Eckpfeiler vieler Zweige der Optik und Materialwissenschaft [1,2,3] und spielen eine zentrale Rolle bei vielen exotischen optischen und photonischen Phänomenen [4,5, 6,7]. Neben der relativ intuitiven Oberflächenstreuung zufällig texturierter dielektrischer Grenzflächen [8, 9] wurde kürzlich entdeckt, dass innerhalb einer inhomogenen Struktur Massenstreuung existiert, die aus Kreuzkorrelationsparametern zwischen Rauheiten oder Inhomogenitäten resultiert [10, 11]. Folglich entsteht ein neuer Zweig des diffusen Reflektors, der auf einer vollen Ausnutzung der Anregungen und Interferenzen sowohl der Oberflächen- als auch der Volumenstreuung beruht [12, 13] und eine viel flexiblere Steuerung sowohl der Stärke als auch der Polarisation der elektromagnetischen Felder ermöglicht [14, 15 ]. Darüber hinaus hybridisiert ein solches Feld schnell mit anderen Zweigen der Plasmonik, optischen Nanoantennen und Metamaterialien, was eine enorme zusätzliche Freiheit für die Manipulation verschiedener Arten von Licht-Materie-Wechselwirkungen bietet und viele neue photonische Funktionalitäten und Geräte ermöglicht [16,17,18 ].

Eine neuere ziemlich bemerkenswerte Errungenschaft basierend auf dem Mikrostruktur-Diffusreflektor ist das Lichtmanagement, das in verschiedenen optischen Komponenten realisiert wird [19,20,21]. Wenn das Licht von dem diffusen Reflektor an der Rückseite zurückreflektiert wird, kann aufgrund des transversalen Wellenvektors des Streulichts jenseits des Lichtkegels der Luft austretendes Licht an der Vorderseite effektiv eliminiert werden. Dies ist von großer Bedeutung für verschiedene Anwendungen, einschließlich Solarzellen, Beleuchtung und viele andere Anwendungen im Zusammenhang mit der Verbesserung der Licht-Materie-Wechselwirkung in Geräten [22,23,24]. Nichtsdestotrotz beruhen, ähnlich wie bei vielen neuen Funktionalitäten, die in Oberflächenreliefstrukturen und Nanopartikel-basierten Strukturen erhalten wurden [16,17,18,19,20,21,22,23,24], die bestehenden Ansätze zum Erhalt eines diffusen Reflektors stark auf den Anregungen der Streuung zufällig strukturierter Oberflächen [14, 15]. Dann ist es wichtig zu fragen:Können die diffusen Reflektoren gleichzeitig durch Grenzflächen- und Massenstreuung unterstützt werden, um bessere Funktionalitäten zu realisieren?

Hier in diesem Artikel berichten wir über neue Beobachtungen einer verbesserten diffusen Reflexion in einer Plattform durch gemustertes ellipsoides TiO₂ Nanopartikel-Anordnungen. Zunächst stellten wir verschiedene Hybridstrukturen her und analysierten ihr diffuses Reflexionsspektrum. Es zeigt sich, dass eine hybride Mikrostrukturbeschichtung aus TiO₂ dreidimensionale Kugeln auf Partikelbasis können nicht absorbierendes Pulver, wie ultrahochreine pyrogene Kieselsäure [23] vollständig ersetzen, um hocheffiziente diffuse Reflektoren zu erhalten. Anschließend führten wir Finite-Differenz-Zeitdomänen-Simulationen (FDTD) durch, um diese hybride Mikrostrukturbeschichtung auf diffuse Reflexion sowie auf Massenstreuung zu untersuchen. Darüber hinaus zeigen wir auch, dass die Spiegelreflexion dieser hybriden Mikrostrukturbeschichtung stark unterdrückt werden kann, um eine isotrope Streuung zu erreichen.

Methoden

Vorbereitung von TiO₂ Produkte

Tetrabutyltitanat (12,5 ml) wurde langsam zu einer Mischlösung von 50 ml Wasserstoffperoxid (H₂ O₂ , 30 Gew. %) und 5 ml Ammoniak (NH₄ .) OH, 26–28 Gew. %) tropfenweise in einen 500 ml-Becher unter ständigem Schütteln. Danach wurde kaltes destilliertes Wasser in das Becherglas gegossen, um eine safrangelbe Vorläuferlösung mit einem Endvolumen von 200 ml zu erhalten. Die Vorläuferlösung wurde filtriert, um die ungelösten gelben Massen zu entfernen, die gelegentlich auf der Lösung schwammen. Dann wurden 10 ml dieser gelben Vorstufe extrahiert und in einen 50 ml Teflonbehälter mit Zugabe von 10 ml destilliertem Wasser und 20 ml absolutem Ethanol überführt. Die Mischung wurde mit einem Edelstahlmantel dicht verschlossen und 10 h auf 180 °C erhitzt. Der letzte Rückstand wurde zentrifugiert und mit Wasser bzw. Ethanol gewaschen. Schließlich wurde die so hergestellte Probe 2 h bei 60 °C getrocknet. Darüber hinaus wurde die Vorläuferdosierung auf 5 ml angepasst, um das Anatas-TiO₂ . herzustellen Nanokristalle.

Herstellung von Hybrid-TiO₂ Nanokomposit-Beschichtung

Das hybride TiO₂ Nanokomposit-Beschichtungen werden durch die Verwendung von selbst hergestelltem Anatas-TiO₂ . gezüchtet Nanokristall, abgeschieden auf einem fluordotierten Zinnoxidglassubstrat. Das Herstellungsverfahren besteht aus drei Schritten. Zuerst selbst hergestelltes Anatas-TiO₂ Nanokristalle und ihre Anordnungen wurden selektiv durch eine Solvothermalmethode hergestellt, indem die Dosierung der Peroxotitan-Komplex-Vorstufe verändert wurde. Anschließend wurden diese Nanokristalle oder Anordnungen mittels Rakelverfahren mit Klebeband auf das Substrat aufgetragen, um die Beschichtungsdicke zu kontrollieren. Nach dem Trocknen an der Luft wurde die Beschichtung schließlich mit einer Geschwindigkeit von 5 °C/min auf 450 °C erhitzt und 30 min lang gehalten.

Charakterisierung

Die Strukturen der hergestellten Beschichtungen wurden durch Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (HITACHI S4800) charakterisiert. Und die strukturellen Details dieser Anordnungen können durch Transmissionselektronenmikroskopie (Tecnai F30) gewonnen werden. Das XRD-Muster der Beschichtungen wurde mit einem Rigaku D/max-2500-Diffraktometer mit Cu Kα-Strahlung, =  0,1542 nm, 40 kV, 100 mA, getestet. Die diffuse Reflexion und die polarisationsabhängige Spiegelreflexion der Beschichtungen wurden jeweils mit einem Spektrophotometer (Angilent Carry 5000) gemessen, das mit einer 110 mm Ulbrichtkugel und einem Zubehör für die Spiegelreflexion mit variablem Winkel ausgestattet war.

Ergebnisse und Diskussion

Die diffusen Reflexionseigenschaften von vier Arten von mikrostrukturiertem TiO₂ Beschichtungen

Hier haben wir vier Arten von mikrostrukturierten Beschichtungen hergestellt, wie in Abb. 1 gezeigt. Sie sind reine Nanokristallbeschichtung, Mischung und Doppelschichtbeschichtung mit ellipsoidem Nanokristall und kugelförmigem Aufbau bzw , und Nanosphäre. Es ist zu beachten, dass die Prozessunterschiede, die zu diesen Beschichtungsaufbauten führen, hauptsächlich aus den unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien und der Herstellungsreihenfolge resultieren. Die Beschichtungen aus reinen Nanokristallen und Sphäroiden werden aus TiO₂ . hergestellt Nanokristalle bzw. kugelförmige Anordnungen. Aber für die Mischbeschichtung werden die ellipsoiden Nanokristalle und die sphäroidischen Anordnungen gleich gewichtsmäßig gemischt. Die Doppelschichtbeschichtung wurde nach dem Rakelverfahren durch zweistufige Kalzinierung hergestellt, wie in „Fabrication of Hybrid TiO₂ . beschrieben Nanokomposit-Beschichtung“. Zuerst wurde eine Nanokristallaufschlämmung auf das Substrat aufgetragen. Und dann, nach dem Kalzinieren, wurde eine weitere Schicht aus kugelförmigem Aufbauschlamm auf der halbtransparenten Schicht abgeschieden und mit dem gleichen Erwärmungsprofil getempert. Die Strukturen der vier hergestellten Beschichtungen werden durch Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert, wie in Abb. 1a–d gezeigt. Die Dicken der Beschichtungen sind alle auf 14 μm begrenzt, und die Doppelschichtbeschichtung besteht aus einer ellipsoiden Nanokristallschicht und einer kugelförmigen Anordnungsschicht mit gleicher Dicke (~ 7 μm). Als TiO₂ Nanokristalle wachsen mit unterschiedlichen Größen, sie fügen sich schließlich zu unterschiedlichen Durchmessern der Kugel zusammen. In Abb. 1 sind die erhaltenen Größen in ellipsoidem TiO₂ Nanokristalle und kugelförmige Anordnungen haben eine Größe von etwa 20 nm bzw. 100 nm.

Die REM-Aufnahmen von mikrostrukturierten Beschichtungen:a Nanokristallbeschichtung, b Mischbeschichtung, c Doppelschichtbeschichtung und d Nanosphären-Beschichtung. Die Dicke der Beschichtungen ist alle auf ~ 14 μm

Das diffuse Reflexionsvermögen der vier Proben wurde unter Verwendung eines Spektrophotometers gemessen. Der Messwellenlängenbereich lag bei 400–800 nm, was den sichtbaren Bereich abdeckt, der für den Betrieb von Displays und Solarzellen relevant ist. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Abb. 2a dargestellt. Aus Fig. 2a ist ersichtlich, dass eine Mischbeschichtung, die aus der Mischung von ellipsoiden Nanokristallen und kugelförmigen Anordnungen aufgebaut ist, im Vergleich zu einer reinen Nanokristallbeschichtung ein höheres Reflexionsvermögen aufweist. Aber obwohl das Verhältnis von Nanokristallen zu Polymerkugeln in diesen Beschichtungen ungefähr gleich ist, ist das diffuse Reflexionsvermögen der Doppelschichtbeschichtung immer noch höher als das der Mischbeschichtung. Es deutet darauf hin, dass die Streueigenschaften von Beschichtungen, die durch kugelförmige Anordnungen hergestellt werden, besser sein können als die von Nanokristallen. Tatsächlich besitzt die Nanosphärenbeschichtung im Vergleich zu den anderen drei Beschichtungen den besten Streueffekt, da die Beschichtung ausschließlich aus kugelförmigen Anordnungen besteht.

a , b Diffuse Reflexionsspektren der vier Proben mit identischer Dicke (~ 14 μm) bzw. der optimierten Nanosphärenbeschichtungen mit unterschiedlichen Dicken

Nun ist klar, dass diese einfachen kugelförmigen Anordnungen, die aus ellipsoidem TiO₂ . bestehen, Nanokristalle, können als überlegene Streupartikel angesehen werden, um das diffuse Reflexionsvermögen zu erhöhen. Aber wie in Fig. 2a gezeigt, beträgt das durchschnittliche Reflexionsvermögen für die Nanokugelbeschichtung etwa 55 %, aber für bestimmte Wellenlängenbereiche (z. B.>  700 nm) wird das Reflexionsvermögen weniger als 50 %. Darüber hinaus ist hier anzumerken, dass der Reflexionswert in den sichtbaren Bereich abfällt, was auf den schwachen Streueffekt von niederenergetischen Photonen hindeutet, der durch kleine Elementarzellen induziert wird.

Um das diffuse Reflexionsvermögen der reinen kugelförmigen Anordnungsbeschichtung weiter zu optimieren, wurden die Größen von Nanokristallen und kugelförmigen Anordnungen durch Anpassung der Vorstufendosierung erhöht. Die gemessenen diffusen Reflexionsspektren entsprechend den optimierten Nanosphärenbeschichtungen mit vergrößerter Elementarzellengröße und für die unterschiedlichen Dicken (8, 10 und 12 μm) sind in Abb. 2b gezeigt. Bei einer Dicke der Nanokugelbeschichtung von 8 μm steigt die durchschnittliche Reflexion über 40 % und bleibt über den gesamten Wellenlängenbereich hoch. Wie in Abb. 2b zu sehen ist, hängt das Reflexionsvermögen der Nanokugelbeschichtung jedoch stark von der Dicke oder mit anderen Worten vom Packungsanteil der Elementarzelle ab. Wenn die Dicke der Beschichtung dünn ist, nimmt der Packungsanteil ellipsoider Nanokristalle in einer kugelförmigen Anordnung ab. Auch wenn die Größe des kugelförmigen Bauteils optimiert wurde, konnten die hybriden kugelförmigen Strukturen dünner Beschichtungen das Streulicht nicht richtig abschirmen. Und ein Großteil des einfallenden Lichts wird direkt von der Beschichtung durchgelassen. Andererseits gibt es im Streudiagramm tendenziell mehr Keulen in der Nähe der Richtungen, in denen das Partikel eine große Breite aufweist, als in der Nähe der Richtungen, für die die projizierte Breite kleiner ist [25]. Beachten Sie, dass ellipsoides TiO₂ Nanokristalle, die mit ihren Symmetrieachsen schräg zum einfallenden Strahl ausgerichtet sind, streuen in Fig. 2b asymmetrisch um die Vorwärtsrichtung. Dies bedeutet, dass einfallendes Licht zufällig von kugelförmigen Anordnungen gestreut wird, die aus mehrfach ausgerichtetem ellipsoidem TiO₂ . bestehen Nanokristalle. Somit ist es möglich, eine höhere diffuse Reflexion von der dickeren Nanokugelbeschichtung zu erhalten, da die Vorwärtsstreuung durch das mehrfach orientierte ellipsoide TiO2 unterdrückt werden kann Nanokristalle.

Strukturelle Details von Hybrid-TiO₂ Nanosphärenbeschichtungen

Die Informationen zu den strukturellen Eigenschaften der in Abb. 2b verwendeten Nanokugelbeschichtung sind in Abb. 3 deutlich zu sehen. Wie in Abb. 3a dargestellt, reicht der Durchmesser der kugelförmigen Anordnung von 100 bis 600 nm bei einer durchschnittlichen Größe von 330 nm. Im Allgemeinen gilt für ausreichend große Nanokugeln (Radius einer Kugel mit gleichem Volumen größer als etwa 300 nm im sichtbaren Band), je größer die Kugel, desto stärker werden Vorwärtsstreurichtungen im Vergleich zu Rückstreurichtungen gewichtet [25]. Aber wie in Abb. 3b zu sehen ist, zeigt das vergrößerte SEM-Bild, dass die Nanokugeln aus mehrfach orientierten ellipsoiden Nanokristallen in Nanogröße mit einem Durchmesser von mehreren Nanometern und einer Länge von mehreren zehn Nanometern zusammengesetzt sind. Im Vergleich zu den wohldefinierten Kugeln mit einheitlichem Durchmesser könnten die kugelförmigen Anordnungen die Rückwärtsstreuung der einfallenden Lichtstrahlen erhöhen und bei Verwendung als diffuser Reflektor zu einer besseren diffusen Reflexion führen. Darüber hinaus können, wie in Abb. 3c gezeigt, die strukturellen Details dieser kugelförmigen Anordnungen durch Transmissionselektronenmikroskopie (Tecnai F30) erhalten werden. Das entsprechende TEM-Bild zeigt, dass diese sphäroidischen Anordnungen mesoporöse Strukturen besitzen (Abb. 3c). Darüber hinaus weisen die ellipsoiden Nanokristalle an der Oberfläche der Kugel scharfe Spitzen und eine spindelförmige Konfiguration auf (Abb. 3d). Wie bekannt, können Geometrieunregelmäßigkeiten an Oberflächen erhebliche Lichtstreuungsreaktionen mit sich bringen [8, 9, 21]. Tatsächlich verwendet man ähnliches TiO₂ Nanospindeln als streuende Deckschicht in Solarzellen wurde eine effiziente Lichtstreuung experimentell beobachtet [26]. Andererseits kann die Untersuchung von Schichtdickenvariationen genutzt werden, um einige wesentliche Unterschiede zwischen Oberflächen- und Volumenprozessen aufzuzeigen. Es ist offensichtlich, dass die Volumenstreuung mit der Schichtdicke der Nanosphärenbeschichtung zunimmt, wie in Abb. 2b gezeigt, da sie vom Integral im Volumen des stationären elektromagnetischen Felds nullter Ordnung abhängt [10]. Somit ist es möglich, dass sowohl die Massen- als auch die Oberflächenstreuung von dieser Nanokugelbeschichtung profitieren. Darüber hinaus weisen im hochauflösenden TEM-Bild des Spitzenbereichs einer einzelnen Nanospindel (Abb. 3e) die gut definierten Gitterstreifen mit einem Abstand von 0,35 nm zwischen den Ebenen darauf hin, dass die primären Nanospindeln stark kristallisiert sind. In ähnlicher Weise deutet das XRD-Muster der Nanosphärenbeschichtung darauf hin, dass die Produkte eine gut kristallisierte Struktur aufweisen (Rigaku D/max-2500-Diffraktometer mit Cu Kα-Strahlung, λ = 0,1542 nm, 40 kV, 100 mA), in der alle Beugungspeaks indexiert auf Anatas TiO₂ (JCPDS-Nr. 21-1271). Es ist offensichtlich, dass die zu (103), (004) und (112) gehörenden Beugungspeaks zusammen integriert sind, was die Verbreiterung der Beugungspeaks aufgrund der unterschiedlichen Partikelgröße anzeigt.

Die a , b SEM, c , d TEM und e hochauflösende TEM-Bilder der Nanosphärenbeschichtung. Die d , e die vergrößerten TEM-Bilder, die die Details des Bereichs entsprechend den roten Kästchen in (c , d ), bzw. Das XRD-Muster der Nanosphärenbeschichtung (f )

Der zugrunde liegende Streumechanismus von Hybrid-TiO₂ Nanosphärenbeschichtungen

Um die Natur dieser Strukturen zu untersuchen, wurden FDTD-Simulationen unter Verwendung von Modellen durchgeführt, deren geometrische Größe mit denen der gemessenen Proben in Experimenten mit kommerzieller Software (East FDTD, Dongjun Technology, Shanghai, China) identisch war. Das entsprechende Modell der Nanosphärenbeschichtung, die in FDTD-Simulationen verwendet wird, ist in Abb. 4a gezeigt. Die Länge L und der Radius R des ellipsoiden Nanokristalls werden als 60 nm bzw. 30 nm ausgewählt. Und die Anordnungen (wie in Abb. 3 gezeigt) wachsen durch eine dicht gepackte Struktur von Nanokristallen. Um die Betrachtung zu vereinfachen, werden die unterschiedlichen Dicken der Beschichtung durch Änderung der Schichtanzahl der Nanokugeln ersetzt. Das Profil des elektrischen Felds für die Wellenlänge 600 nm ist in Abb. 4b gezeigt, wobei Licht durch die Beschichtung gleichmäßig von der Beschichtung gestreut wird und in den Baugruppen mitschwingt. Daraus können wir schließen, dass Licht, das von der Oberseite der Nanokugelbeschichtung einfällt, von der Anordnung eingefangen wird und aufgrund der mehrfach ausgerichteten Nanokristalle und des Streueffekts allmählich nach hinten divergiert. Tatsächlich hängt das Rückwärtsstreuungsverhalten von Licht bei der Beschichtung von Nanokügelchen von der Menge der kugelförmigen Anordnungen ab. Wie in Fig. 4c zu sehen ist, wurde das Reflexionsvermögen der dreischichtigen Nanokugelbeschichtung im sichtbaren Wellenlängenband entsprechend dem der Einzel-/Zweischicht(en)-Beschichtung deutlich verbessert.

a Das Schema der Nanosphären-Anordnungen:von links nach rechts die Perspektive, Vorderansicht, die Elementarzelle der Anordnungen bzw. die dreischichtige Nanosphären-Beschichtung, die in der FDTD-Simulation verwendet wird. b Elektrisches Feldprofil in einer dreischichtigen Nanosphärenbeschichtung. c Berechnete diffuse Reflexion der Nanosphärenbeschichtung

Die polarisationsabhängigen spiegelnden Reflexionseigenschaften von Hybrid-TiO₂ Nanosphären-Beschichtungen mit unterschiedlichen Dicken

Reflexionsspektren fast aller Kristallarten von Titandioxid liegen bekanntlich im ultravioletten Bereich unterhalb von 400 nm [27, 28]. Daher kommt Titandioxid häufig in vielen Sonnenschutzkosmetika vor, die darauf abzielen, die Schädigung der menschlichen Haut durch ultraviolette Strahlen zu reduzieren. Im Bereich des sichtbaren Lichts nimmt seine Effizienz jedoch mit zunehmender Durchlässigkeit ab. Es ist von großer Bedeutung, wie die Reflexionseffizienz von Titandioxid im Bereich des sichtbaren Lichts verbessert werden kann.

Wir analysierten weiter die polarisationsabhängige Spiegelreflexion der Nanosphärenbeschichtungen mit einem Spektrophotometer (Agilent Carry 5000). Die erhaltenen Ergebnisse für die optimierten Nanosphärenbeschichtungen bei zwei unterschiedlichen Dicken (8 und 12 μm) sind in Abb. 5 dargestellt. Die spiegelnde Reflektivität der beiden Proben im Spektralbereich von 400–700 nm wird auf einem niedrigen Niveau gehalten (weniger als 2 %), was die bisherige Diskussion beweist. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nanosphärenbeschichtung eine starke Fähigkeit besitzt, spiegelnde elektromagnetische Wellenreflexionen im Spektralbereich von 400–700 nm sowohl bei senkrechtem als auch bei Weitwinkeleinfall zu unterdrücken. Das spiegelnde Reflexionsvermögen der beiden Proben im Bereich von 700–800 nm weist jedoch für verschiedene Winkel und Polarisationen einen deutlichen Aufwärtstrend auf. Dieses anomale Phänomen kommt wahrscheinlich von der Wirkung der Nanotopographie von Titandioxid. Bisher konnte gezeigt werden, dass reflektierende Beschichtungen aus Titandioxid mit unterschiedlichen Strukturtopographien einen großen Einfluss auf das Reflexionsband haben. Beispielsweise kann die Lichtstreuung von Titandioxid um 400 nm und 700 nm verbessert werden, indem unterschiedliche Strukturen, Nanostäbchen, Nanodrähte und Nanokugeln, verwendet werden [29]. Auch hier beweisen unsere Ergebnisse diesen Punkt.

Das spiegelnde Reflexionsvermögen der Nanosphärenbeschichtungen mit unterschiedlicher Dicke für s- (a ) und p- (b ) Polarisationen bzw.

Außerdem sind Bandbreite und Amplitude der Spiegelreflexionsreduktion unempfindlich gegenüber der Polarisation des einfallenden Lichts und der Dicke der Beschichtung. Wie oben erwähnt, können diese besonderen Eigenschaften der Tatsache zugeschrieben werden, dass die Kugelanordnung eine Ansammlung vieler zufällig orientierter Partikel ist, die selbst anisotrop sein können. Die Ergebnisse zeigen jedoch auch, dass die richtige Polarisation einen Einfluss auf die Reflexionseffizienz der Beschichtung haben kann, was mehr Möglichkeiten für zukünftige Designs bietet.

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend berichten wir über eine neue Technik zur Verbesserung der diffusen Reflexion in einem hybriden TiO₂ mikrostrukturierte Beschichtung. Abhängig von der Form des TiO₂ Nanopartikel in der Beschichtung wird das einfallende Licht aufgrund der mehrfach orientierten Nanokristalle und des Streueffekts gleichmäßig reflektiert. Diese hybriden mikrostrukturierten Beschichtungen werden durch ein kostengünstiges solvothermales Verfahren gezüchtet, indem die Dosierung des Peroxotitan-Komplex-Vorläufers verändert wird. Durch Vergrößerung des ellipsoiden TiO₂ Nanokristalle haben wir unsere Struktur optimiert, um eine maximale Reflexion von etwa 80 % über den Wellenlängenbereich von 550 nm bis 800 nm zu erreichen. Mit Hilfe der Feinstruktur- und Morphologiecharakterisierung haben wir das Verhalten des gemessenen Reflektivitätsspektrums mit der Dickenänderung analysiert und das Ergebnis mit FDTD-Simulation verifiziert. Schließlich findet sich in diesen Nanosphären-Beschichtungen eine weitwinklige, polarisationsunempfindliche Reduzierung der Spiegelreflexion. Und die maximale Spiegelreflexion bei jeder Wellenlänge beträgt weniger als 1,5 % für den gesamten Breitband-Wellenlängenbereich (400–800 nm). Unsere vorgeschlagenen hybriden mikrostrukturierten Beschichtungen mit ihrer einzigartigen Lichtstreuung und abstimmbaren Fähigkeit werden für hocheffiziente diffuse Reflektoren oder für Anwendungen in verschiedenen fortgeschrittenen Bereichen der Photonik im Zusammenhang mit Lichtextraktionen und Diffusoren nützlich sein. Es gibt einen weiteren Untersuchungsbereich zum Einfluss von Durchmesser, Orientierung und Verteilungen des ellipsoiden TiO₂ Nanokristall in den kugelförmigen Anordnungen auf dem Lichtmanipulationsmechanismus.

Abkürzungen

FDTD:

Zeitbereich mit endlicher Differenz