[發(fā)明專利]一種具有尖晶石結(jié)構(gòu)的太陽能選擇吸收薄膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310645898.3
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103691647A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳若愚;何夢瑤;王紅寧;劉小華
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: B05D5/00
• 分類號: B05D5/00;B05D3/02;C09D1/00;C09D5/32
• 代理公司: 常州市英諾創(chuàng)信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華;任曉嵐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能熱利用領(lǐng)域，特別涉及一種以尖晶石型過渡金屬復(fù)合氧化物為吸光劑的太陽能選擇吸收薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

太陽能的熱利用是太陽能應(yīng)用中最重要的領(lǐng)域，基本方式是利用太陽能集熱器，將太陽輻射轉(zhuǎn)換為熱能。太陽光譜選擇性吸收表面（簡稱選擇性吸收表面，或吸收表面）是太陽能集熱器最重要的部分，在眾多的選擇性吸收表面類型中，選擇性吸收膜系的性價比最高，應(yīng)用最為廣泛，采用光譜選擇性吸收膜是提高集熱器的集熱效率、工作溫度和系統(tǒng)的性價比的重要措施。理想的太陽能選擇吸收薄膜對可見光及近紅外范圍的輻射有較高的吸收率（α），而在紅外輻射區(qū)有較低的發(fā)射率（ε）。

制備太陽能選擇吸收膜系的主要技術(shù)有真空沉積（如蒸發(fā)及濺射）、電化學(xué)反應(yīng)以及化學(xué)氣相沉積等。目前，基于電化學(xué)法和真空沉積制備的吸收薄膜具有優(yōu)異的光學(xué)性能和穩(wěn)定性，已廣泛用于商業(yè)化生產(chǎn)的太陽能集熱器；但是電化學(xué)法制備薄膜存在環(huán)境污染大的缺點，真空沉積方法雖然污染小，卻需要昂貴的設(shè)備以實現(xiàn)高真空度，增加了薄膜制備成本。而近年來，一些研究已開展用溶膠-凝膠法制備太陽能選擇吸收薄膜的工作，結(jié)果表明，溶膠-凝膠法具有對設(shè)備要求低、工藝簡單、成本低廉、結(jié)構(gòu)可控等優(yōu)點，適用于工業(yè)上大面積鍍膜，對環(huán)境無污染，在制備太陽能選擇吸收膜方面具有巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景。專利CN101518824A以無機酸為膠溶劑，醇為溶劑，制備鋁溶膠，與鎳溶膠混合后得到混合溶膠，所制備的Ni-Al₂O₃薄膜吸收率可達0.80。專利CN102357658A以水為溶劑，過渡金屬鹽M鹽、鋁鹽、螯合劑為原料，在分別制得M溶膠和鋁溶膠后，將兩種溶膠混合加入潤濕劑獲得水溶膠，所制得的M-Al₂O₃薄膜吸收率可達0.86，發(fā)射率為0.03。上述兩種制備選擇吸收膜的溶膠凝膠工藝均需要制備兩種溶膠進行混合，制備過程較為復(fù)雜，且吸收率較低，并不能凸顯薄膜的高光譜選擇性優(yōu)勢。專利CN102087054A在之前的基礎(chǔ)上采用溶膠凝膠法構(gòu)建了三層的選擇吸收膜系，依次為高金屬含量的M-Al₂O₃混合溶膠制備的吸收底層，中等金屬含量的M-Al₂O₃混合溶膠制備的吸收中間層以及SiO₂減反射頂層，所制備的薄膜吸收率可達0.92，彌補了單層薄膜吸收率不高的缺陷，但是整個制備工藝過程繁瑣，且需要在惰性氣氛下進行熱處理，對實驗條件要求較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了提供一種具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的太陽能選擇吸收膜的制備方法，該制備方法為：

以銅、鈷、錳的金屬鹽為溶膠前驅(qū)體，醇為溶劑，檸檬酸或酒石酸為羥基羧酸絡(luò)合劑，聚乙二醇為分散劑，羥丙基纖維素或乙基纖維素為纖維素成膜劑，制備溶膠；將制備的溶膠在基底上提拉鍍膜，固化、熱處理。

其中，銅、錳、鈷3種金屬離子的摩爾比為3:3:1，金屬鹽選自硝酸鹽、氯化鹽、醋酸鹽或三者中的任意組合；

溶劑選擇甲醇或乙醇，銅、錳、鈷的金屬鹽中的金屬離子，在溶劑中的摩爾總濃度控制在0.30～0.40mol/L，并且金屬離子總和與羥基羧酸的摩爾比為1：1.0～1.5，分散劑聚乙二醇優(yōu)選聚乙二醇200，聚乙二醇200與羥基羧酸的摩爾比為0.8～1.2；

具體操作時，先將銅、鈷、錳的金屬鹽、溶劑、絡(luò)合劑、分散劑混合，常溫攪拌（攪拌2小時左右），得到穩(wěn)定的金屬溶膠；再向該金屬溶膠中，添加纖維素成膜劑，常溫攪拌（4小時左右）均勻即可。

將上述制備好的溶膠，在具有紅外反射特性的金屬基底上，提拉鍍制一層選擇吸收膜即可，提拉速度是80～110mm/min，鍍膜后，80℃～100℃固化30～60分鐘，并經(jīng)500℃熱處理30～60分鐘后，即可。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明實現(xiàn)了將尖晶石型過渡金屬復(fù)合氧化物發(fā)展成為選擇性薄膜材料，本發(fā)明的制備工藝，同金屬陶瓷薄膜不同，尖晶石型過渡金屬復(fù)合氧化物，不存在氧化問題，且無需惰性氣氛熱處理。

雖然太陽能吸收涂料的吸收率都會比較高，但是由于絡(luò)合劑或粘結(jié)劑而導(dǎo)致的紅外強吸收，現(xiàn)有技術(shù)中，一般來說，涂層厚度也不可能做到1～2μm，這就導(dǎo)致了發(fā)射率也會較大。而本發(fā)明中，在保證吸收率的同時，有效地控制了薄膜的厚度，減小了發(fā)射率。

本發(fā)明在溶膠凝膠工藝上采用的是醇體系，提拉鍍膜的時候溶劑能更好地揮發(fā)，提高成膜性能。