[發明專利]一種中高溫太陽能選擇性吸收涂層

無效

• 申請號: 201110300497.5
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN103029365A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 鄧淞文;李剛;孫龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B32B9/04
• 分類號: B32B9/04;B32B15/04;B32B18/00;F24J2/48;C23C14/08;C23C14/14;C23C14/35
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及太陽能光熱利用技術領域，具體涉及一種在中高溫條件下使用的選擇性吸收涂層。

背景技術

為了提高光熱轉換效率，使得光熱轉換技術能夠成為新能源技術新的亮點，需要研究和開發選擇性吸收涂層。這種涂層要求在太陽光譜所在的可見-近紅外波段具有很高的吸收率，而在熱輻射所在的中遠紅外波段要求具有很高的反射率。太陽光譜性選擇性吸收涂層是高效太陽能光熱應用的關鍵。隨著太陽能熱利用的不斷發展，太陽能集熱器從低溫應用(小于100℃)向中溫應用(100℃-400℃)和高溫應用(400℃-600℃)發展，以滿足熱發電等應用領域的需要。也只有把工作溫度向高溫擴展，太陽能光熱轉換技術才能成為一種有競爭力的新能源形式。

當前，主流的太陽能選擇性吸收表面涂層的吸收層都是應用金屬陶瓷材料(金屬-介電材料復合物)來作為太陽能吸收材料。金屬陶瓷材料的結構特征為金屬納米顆粒彌散在介質材料中。在控制了一定的厚度和金屬的體積百分比之后，此種材料在太陽能輻射區域表現為強烈的吸收而對熱輻射波段則基本為透明。如該材料沉積在紅外波段高反射金屬涂層表面就形成了一個太陽能選擇性吸收表面涂層體系。現在所用的復合材料體系不具備高溫應用條件下的穩定性，故只能在低溫或者中溫時使用。

為了提高中高溫服役條件下選擇性吸收涂層的熱穩定性，Mo-Al2O3/Cu、SS-AlN/SS等材料體系得到了研究和發展。本發明從材料的本征特性出發，提出了吸收層使用NiCrAl-ZrO2金屬陶瓷材料體系，通過光學設計將傳統的雙層金屬陶瓷結構簡化為單層。

發明內容

本發明的目的是提供一種太陽能選擇性吸收涂層材料體系，適用于中高溫工作溫度的太陽能集熱器。涂層在高溫下吸收率高、發射率低、熱穩定性好，制備工藝簡單，適合大規模生產。

本發明涉及的中高溫選擇性吸收涂層，由基底至表面依次設有四層薄膜組成，每一層膜的特征如下：

合金紅外高反射層由NiCr合金靶材和Al靶材濺射而成，Ni：70％-90％，Cr：5％-15％，Al：5％-15％，其厚度范圍為200-600nm。

抗擴散層為Al₂O₃，由Al單質靶材反應濺射而成，其厚度范圍為20-60nm。

吸收層為單層金屬陶瓷結構，其材料為M-ZrO₂(M為NiCrAl金屬納米顆粒)金屬陶瓷材料。金屬納米顆粒的體積分數為15％-50％，厚度為20-60nm。吸收層采用金屬和ZrO₂交替沉積多亞層的方式制備。其中金屬采用NiCrAl合金靶材直流濺射的方式制備，而ZrO₂使用射頻濺射的方式來制備。NiCrAl靶材Cr質量含量為5％-20％，Al質量含量為5％-20％，余量Ni。

減反射層為Al₂O₃，由Al₂O₃單質靶材反應濺射而成，其厚度范圍為厚度為50-100nm。

基底為鎳基高溫合金或者不銹鋼。

本發明涉及利用磁控濺射制備的、能在中高溫(＞400℃)穩定工作的太陽能選擇性吸收涂層。包括：合金金屬紅外高反射層、擴散阻擋層、選擇性吸收層及減反射層。其中：合金反射層為NiCrAl合金；擴散阻擋層材料為Al₂O₃；吸收層材料為NiCrAl合金納米顆粒和ZrO₂混合而成的金屬陶瓷；減反射層材料為Al₂O₃。與常見的太陽能選擇性吸收涂層的雙亞層金屬陶瓷結構不同，本發明所涉及的涂層僅包含單層金屬陶瓷，結構簡單；氧化鋁層既不但有抗擴散、抗氧化的功能，還可以通過光干涉效應達到增強吸收的效果。在大氣質量因子AM1.5條件下，本涂層吸收率≥93％，600℃發射率≤13％，該涂層具有良好的熱穩定性，可長期在600℃內的真空環境下使用。本發明在太陽能熱利用領域具有重要的實用價值和廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1太陽光譜選擇性吸收涂層結構示意圖。

具體實施方式

以下實施例為本發明的具體實施方式，僅用于說明本發明，而非用于限制本發明。

實施例1：