[發明專利]一種太陽能選擇性吸收涂層、制備方法和用途

在審

• 申請號: 201610808321.3
• 申請日: 2016-09-07
• 公開（公告）號: CN106813408A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 張金柱;李愛麗;劉頂
• 申請（專利權）人: 山東圣泉新材料股份有限公司
• 主分類號: F24J2/48
• 分類號: F24J2/48;C23C28/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟,侯桂麗

技術領域

本發明屬于太陽能光熱轉化領域，涉及太陽能選擇性吸收涂層、制備方法和用途。

背景技術

目前，太陽能的能量利用主要有光熱轉換、光電轉換、光化學轉換3種方式，其中太陽能光熱轉換是目前世界范圍內最普及的利用太陽能的一種形式。太陽能光熱轉換的基本原理是：通過設計選擇性吸收材料及其結構將太陽輻射能收集起來，通過光與物質的相互作用轉換成熱能加以利用。但由于太陽能是一種低品質能源，能量密度較低，要想獲得較高的光熱轉化效率，必須采用相應的技術和裝置(如太陽光集熱器)對太陽能進行采集。太陽能選擇性吸收涂層是太陽能集熱器的主要功能組件之一，是太陽能光熱轉換中最為關鍵的部分，其質量和光學性質決定著器件的熱捕集性能。為使太陽能得到充分有效的利用，應最大限度地對入射的太陽輻射進行吸收，盡量減少消光材料本體對環境的熱輻射損失。如何實現太陽能選擇性吸收涂層同時具有高的太陽輻射吸收率和低的紅外輻射發射率，有效提高太陽能系統集熱溫度和集熱效率等重要技術參數，是太陽能熱利用研究的核心問題。

目前，有關選擇吸收涂層系統的研究很多，選擇性吸收涂層材料包括金屬、金屬氧化物、硫化物、碳化物、氮化物以及近年來出現的金屬-陶瓷復合材料等，其發展是從金屬氧化物涂料、黑鎳、黑鉻到鋁陽極化涂層再到超級藍膜涂層的更新換代過程。膜系也由最基本的干涉濾波型、體吸收型發展到多層漸變型、干涉吸收型，制備工藝由簡單的涂覆方法、電化學方法，發展到真空蒸鍍、磁控濺射等近代薄膜物理方法。簡單來說，主要經歷了涂料型涂層、電化學涂層、氣相沉積涂層、濕法化學涂層等幾個重要階段。

因此，本發明需要提供一種光吸收性好，發射率低的涂層。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種光吸收性好，發射率低的涂層、其制備方法、用途和包含其的集熱器。

本發明通過如下技術方案實現

第一方面，本發明提供了一種太陽能選擇性吸收涂層，所述涂層由下至上依次包括：基底層、紅外反射層、吸收層、減反射層；

所述吸收層包括至少一層石墨烯類材料吸收層。

本發明提供的太陽能選擇性吸收涂層中，紅外吸收層的作用是把吸收層向基底層方向的遠紅外輻反射回吸收層，使其二次吸收，降低涂層向外的輻射量；吸收層為主要功能層，其中的石墨烯類材料吸收層相較于常規的吸收層，能夠增大吸收層的吸收率，降低其遠紅外輻射率，進一步增強抗腐蝕性，并起到一定的自凈化功能，降低衰老周期；減反射層是減少反射促進吸收層的吸收，并起到一定的保護作用，例如腐蝕性。

優選地，所述石墨烯類材料吸收層包括石墨烯類材料涂層或石墨烯類材料二維膜層。

優選地，所述石墨烯類材料涂層通過將含有石墨烯類材料的溶液旋涂得到；所述含有石墨烯類材料的溶液中的石墨烯類材料通過物理剝離法、氧化還原法、生物質水熱碳化法制備得到。

優選地，所述石墨烯類材料二維膜層通過化學氣相沉積法形成。

優選地，所述石墨烯類材料吸收層的厚度為5～2000nm，例如8nm、16nm、28nm、32nm、55nm、60nm、67nm、73nm、76nm、82nm、86nm、91nm、96nm、150nm、500nm、700nm、1100nm、1400nm、1700nm等。

優選地，所述石墨烯類材料包括石墨烯片層，石墨烯及其多片層結構的混合體、生物質石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯衍生物的一種或幾種的混合，其中石墨烯衍生物包括元素摻雜的石墨烯。

所述生物質石墨烯為以生物質(纖維素、半纖維素、木質素)為主要原料，經過催化、碳化工藝制備而成；具體的，以生物質纖維素為原料制備的含有單層石墨烯、少層石墨烯、石墨烯納米片層結構，并負載金屬/非金屬化合物的復合炭材料。

生物質石墨烯的主要指標：電導率＞3000S/m，優選＞5000S/m；比表面積＞200m²/g，優選＞300m²/g；碳含量＞90.00％，優選＞95％；拉曼光譜IG/ID＞2，優選＞3；片層厚度＜50.0nm；C/O＞45.0％；金屬非金屬化合物＜6％，優選1.00-4.00％。

所述吸收層還包括至少一層非石墨烯類材料吸收層。

優選地，當含有非石墨烯類材料吸收層時，沿太陽光入射方向，吸收層的非石墨烯類材料吸收層設置在所述石墨烯類材料吸收層下方。

優選地，所述非石墨烯類材料吸收層包括含有金屬元素和/或半導體金屬元素的材料的吸收層。