[發明專利]一種高穩定性的太陽能選擇性吸熱涂層

有效

• 申請號: 201210214527.5
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN102734962A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 侯乃升;徐剛;熊斌;呂錫山
• 申請（專利權）人: 四川中科百博太陽能科技有限公司
• 主分類號: F24J2/48
• 分類號: F24J2/48;B32B15/04;B32B9/04
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江

技術領域

本發明屬于太陽能熱利用技術領域，特別涉及利用磁控濺射沉積技術制備的高穩定性的太陽能選擇性吸熱涂層。

技術背景

太陽能選擇性吸熱涂層是在太陽光譜范圍（0.3~2.5微米）具有較高的吸收率α,在紅外區域（2~50微米）具有低的發射率ε，它能把低能量密度的太陽能轉換成高能量密度的熱能，把太陽能收集起來，提高太陽能光熱轉換效率。

太陽能吸熱涂層被應用到太陽能集熱設備上，分為低溫，中溫和高溫利用涂層。工作溫度越高，其熱轉化效率也就越高，太陽能熱利用朝中高溫方向發展是必然的趨勢。當今我國在中低溫太陽能吸熱涂層的制備方面已經具備成熟的技術。Al/AlN漸變涂層和SS-AlN干涉吸收涂層已經在真空管太陽能熱水器領域大面積推廣使用。但是在中高溫熱利用領域，我國在涂層制備方面技術仍不成熟，研制具有高溫穩定性能的太陽能吸熱涂層是太陽能熱利用領域工作者努力的方向。

根據吸收太陽光的原理和膜層結構的不同，選擇性吸收膜層的基本類型有半導體膜層；干涉膜層；多層漸變膜層；金屬-陶瓷膜層；多孔膜層。

發明內容

本發明的目的是提供一種在大氣環境中具有高穩定性的太陽能中高溫選擇性吸熱涂層。

本發明提出的高穩定性的太陽能選擇性吸熱涂層，涂布在太陽能集熱元件的基底上，其特征在于：自基底向上由擴散阻隔層、Ag紅外高反層、干涉吸收層組成，所述干涉吸收層由介質層和Al合金層組成復合結構。

擴散阻隔層為Mo、W兩種金屬中的一種，厚度為30-100nm。其主要作用是在高溫時，阻止基底中的元素向膜層擴散，防止膜層組成被破壞，從而提高膜層的高溫穩定性能。

紅外高反層由40-120nm的Ag層構成，其主要作用是提高涂層對紅外的反射能力，從而具備涂層熱輻射率。

干涉吸收層由介質層和金屬合金交替形成，優選是外側兩層介質層和中間的Al合金層組成的三明治復合結構。最外層，即與大氣接觸的一層為介質層。其中介質為鋁、硅的氧化物、氮化物和氮氧化物中的一種，其厚度為30-80nm；而Al合金層為鋁鎳、鋁鈦、鋁鉻、鋁硅、鉻鎳、鋁鈦鉻、鋁鎳鉻、鋁硅鉻中的一種，厚度為10-30nm。

本發明采用磁控濺射技術制備各涂層，在清洗后的基底上依次制備上述順序的涂層。介質層通過相應的金屬靶與對應氣氛反應濺射制備得到。

本發明涂層具有優異的熱穩定性能、高的太陽能吸收率和低的熱輻射率，工藝相對簡單，適合大面積推廣使用。

附圖說明：

圖1為本發明實施例1太陽能選擇性吸收涂層的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明內容作進一步說明。以下實施例僅用于說明本發明，而非限制本發明。

實施例1

涂層采用磁控濺射的方法進行制備。濺射室中共有四種靶，分別為Mo靶、Ag靶、CrAl合金靶和Al靶。在清洗好的不銹鋼基底上制備第一層擴散阻隔層Mo層，厚度為30nm，接著制備紅外高反層Ag層，厚度為100nm。開始制備干涉吸收層，先制備介質層，通入氧氣與Al反應濺射制備氧化鋁介質層，厚度為40nm，再制備12nm的CrAl合金層，最后再通過反應濺射制備60nm的氧化鋁介質層，至此，吸收涂層的制備完成。具體結構相見附圖1所示。

將涂層至于400攝氏度大氣環境中老化70小時后自然冷卻。測試結果表明吸收率為0.94，發射率為0.06，涂層具有良好的熱穩定性。

實施例2

涂層采用磁控濺射的方法進行制備。濺射室中共有四種靶，分別為Mo靶、Ag靶、AlTiCr合金靶和Al靶。在清洗好的不銹鋼基底上制備第一層擴散阻隔層Mo層，厚度為55nm，接著制備紅外高反層Ag層，厚度為120nm。開始制備干涉吸收層，先制備介質層，通入氧氣與Al反應濺射制備氧化鋁介質層，厚度為30nm，再制備18nm的AlTiCr合金層，再制備40nm的氧化鋁介質層，制備25nm的AlTiCr合金層，最后再通過反應濺射制備68nm的氧化鋁介質層，吸收涂層的制備完成。測試結果表明，涂層常溫下吸收率為0.96，發射率為0.05.

實施例3