[發明專利]一種太陽能選擇性吸收涂層結構及制備方法

在審

• 申請號: 201710368769.2
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107192150A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 龐旭明;林士舜;周劍秋
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: F24J2/48
• 分類號: F24J2/48
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 徐激波

技術領域

本發明涉及一種太陽能選擇性吸收涂層結構及制備方法，用于太陽能集熱器，屬于太陽能熱利用和熱發電技術領域。

背景技術

太陽能選擇性吸收涂層是一種重要的能源材料，該涂層的光熱轉換性能直接決定太陽能熱利用效率。而金屬陶瓷，因其本身特點(兼備了金屬和陶瓷的部分優點，如前者的韌性和塑性，后者的耐高溫性、高強度和抗氧化性等)作為選擇性吸收涂層，這些年來成為研究的熱門。

涂層的結構不同，其吸收太陽光的機理也不同。金屬陶瓷太陽能選擇性吸收涂層是微米或納米金屬顆粒均勻分布在介電陶瓷中的復合材料，其吸收機理是過渡性金屬的帶間躍遷和金屬顆粒與陶瓷基體之間的共振吸收作用。紋理表面，是利用物理或化學手段在涂層表面制備出特殊的紋理，這些特殊文理在微觀上的不平整性類似于光學陷阱，當波長較短的太陽光波通過陷阱時，在陷阱內經過多次反射吸收，從而提高涂層吸收率。利用多尺度金屬顆粒和陶瓷材料復合，可簡單有效地在涂層表面獲得特殊紋理結構，從而得到紋理表面-金屬電介質復合的雙機理吸收涂層。

發明內容

本發明目的在于提供一種金屬陶瓷太陽能選擇性吸收涂層結構，并且用一種工藝簡單、成本低廉的方法制備。該涂層具有優良光學性能同時具備較好的熱穩定性。

本發明采用的技術方案為：一種太陽能選擇性吸收涂層結構，該涂層結構由基底到表面依次設置為高紅外反射層和多尺度金屬陶瓷吸收層；

所述高紅外反射層為拋光高紅外反射金屬片或管；

所述多尺度金屬陶瓷吸收層的金屬相由一種或多種粒徑為納米～微米的金屬顆粒組成，陶瓷相由一種或多種陶瓷復合組成；多尺度金屬陶瓷吸收層的金屬相金屬包括但不限于Mo、Ni、W、Fe、Al，陶瓷相陶瓷包括但不限于SiO₂、Al₂O₃、TiC、TiN。

作為優選，所述高紅外反射層為拋光不銹鋼片或管。

作為優選，所述多尺度金屬陶瓷吸收層的金屬質量百分比為40％，陶瓷質量百分比為60％，金屬相成分分別由粒徑為納米Mo金屬顆粒和粒徑為微米Mo金屬顆粒，陶瓷相由SiO₂組成。

一種上述太陽能選擇性吸收涂層結構的制備方法，包括以下步驟：

3)采用多尺度金屬顆粒和陶瓷顆粒混合制備成多尺度金屬陶瓷漿料；將粒徑為納米與微米的金屬顆粒和陶瓷按一定質量比例混合放入容器中，與異丙醇、乙二醇、丙三醇有機溶劑一起經高能球磨30min制成均勻漿料；

4)用涂覆法將制得的金屬陶瓷漿料沉積在高紅外反射金屬基底上，然后放在200℃恒溫加熱器上干燥，再將所制備的涂層放入馬弗爐空氣氛圍加熱350℃，保溫1h，去除有機溶劑，形成吸收層。

本發明制備的太陽能選擇性吸收涂層，其選擇吸收性能采用以下方法測試：采用紫外-可見分光光度計在0.3-2.5μm波段范圍內以及傅里葉變換紅外光譜儀在2.5-25μm波段測試其反射率，利用這兩個波段的反射率分別結合AM1.5太陽輻照強度數據和80℃黑體輻射數據可以計算得到涂層的吸收率和發射率。

本發明的有益效果：(1)該涂層吸收機理為：a)金屬-電解質復合，b)多尺度效應及光學陷阱，此二種機理相結合可拓寬涂層對光吸收的頻率進而提高吸收率；多尺度所組成的亞波長結構可減少對紅外的吸收，進而降低發射率。即該涂層具有良好的光學性能，具有較高吸收率和較低的發射率。

(2)該涂層具有較良好的溫度穩定性，可應用于中高溫真空及大氣環境。

(3)相比于其他制備法，涂覆法制備選擇性吸收涂層成本更低廉，工藝相較為簡單。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為實例中紫外-可見-近紅外光譜中反射率測量圖譜；

圖3為實例中紅外區域中的反射率測量圖譜。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合具體的實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。實施例中所用技術手段為本領域人員所熟知常規手段，所用原料均為市場產品。

實施例

如圖1所示，一種太陽能選擇性吸收涂層結構，該涂層結構由基底到表面依次設置為高紅外反射層1和多尺度金屬陶瓷吸收層2；基體選擇拋光不銹鋼片作為高紅外反射層，金屬成分選擇Mo，其尺度粒徑從為50nm和2μm，陶瓷成分選擇SiO₂。