[發明專利]一種中高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 201810098192.2
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108359375A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 程旭東;丁思宇;毛家瑋;曾鮮
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C09D183/04
• 分類號: C09D183/04;C09D5/32;C09D5/16;C09D7/62;C09D7/63;C09D7/65
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 李明婭

本發明提供一種中高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，該涂層由以下重量份配比的原料制成：有機硅樹脂30?40份，CuCoMnO_X功能粉30?40份，二甲苯10?20份，潤濕分散劑2.5?5份，防沉劑2.5?5份，流平劑3?5份，消泡劑1?3份，硅烷偶聯劑1?2份。本發明中的太陽能選擇性吸收涂層具有高吸收率、高導熱率、低輻射率、高穩定性，有效提高了吸熱涂料對太陽能的選擇吸收性，且本發明制備工藝簡單，成本低廉，設備要求低，生產過程環保，易于工業化生產，適于大范圍推廣應用。

技術領域

本發明涉及光熱太陽能技術領域，具體是一種中高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法。

背景技術

隨著國內能源、環保問題，太陽能作為一種來源最豐富、可廣泛獲取的可再生能源，對解決能源危機和環境問題具有重大的作用，且太陽能以獨具的儲量無限性，存在的普遍性，開發利用的清潔性，使其成為了各國競相研究的熱點。太陽能光熱應用是人類利用太陽能最簡單，最直接，最有效的方法之一，但由于太陽能到達地球后能量密度較小又不連續，因此，為大規模的開發利用帶來了困難。太陽能光譜選擇性吸收涂層是一種具有對可見-近紅外光高吸收，對紅外光高反射的特種涂層，即它能有效地吸收太陽能，而受熱后自身長波造成的熱損失很小，廣泛應用于太陽能光熱轉換領域，如太陽能熱水器、太陽能發電等。太陽能吸收涂層擔負著接收并吸收太陽能量的重要作用，影響著整個太陽能吸熱系統的穩定性及效率的高低。

太陽能吸收涂層在自然環境中使用，受環境中溫度、濕度、酸堿性等因素影響，使用條件較極端，一般需綜合考慮涂層的選擇性吸收性能、耐候性能、規模化生產成本、現場施工及維護成本等。現有的太陽能選擇性吸收涂層技術類別主要有:涂料法、電化學法、離子鍍、磁控濺射技術、熱噴涂技術、化學法、氣相沉積法和溶膠凝膠法等。精密的磁控濺射或離子鍍技術等成本高，不適用于溫度較高的環境；熱噴涂技術容易受到生產環境及設備因素的影響；電化學法，電鍍法等生產過程中容易產生環境污染；溶膠凝膠法在燒結過程出現大量有毒有害氣體冒出，并且形成的膜對基材的附著力較差等問題。將高選擇性吸收的顏料通過涂料法制成太陽能選擇性吸收涂料，直接涂刷基材的表面制備成涂層，可以實現有效地將太陽輻射能轉化為熱能。并且這種技術，制備方法簡單，實驗條件要求低，施工方便，維護簡單，使成本大大降低，，適于大規模化生產，對提高太陽能熱轉換效率，大規模推廣太陽能光熱應用起著至關重要的作用。在不同的利用類型中，涂料型的太陽能吸收涂層是具有開發前景的。現有的涂料通常包括以下組分：成膜劑、固化劑、吸收劑、溶劑、助劑。不同的原料的選擇，會使涂料的光學性能有著很大的區別，導致涂層的性能有很大差異。

厚度敏感的光譜選擇(TSSS)涂層能夠吸收大量的太陽能，即它們表現出高的太陽能吸收率。由于它們對厚度的敏感性，要制備均勻，光滑，薄且分布密集的涂層是比較困難的。涂層的厚度與光學性能密切相關，涂層厚度增加，吸收率有一定的增加，但是發射率增加的更為明顯，所以對厚度進行調控具有一定意義。TSSS涂料是非常復雜的體系，其由粘合劑，添加劑，溶劑和顏料顆粒等組成，它們能夠均勻分布(分散)在聚合物樹脂粘合劑中。影響涂料流變性能和最終涂層質量的因素有顆粒體積分數，顆粒形狀，顆粒之間的相互作用，涂膜內顆粒的分布以及體相流場的性質等。該涂層通過改變這些參數來優化厚度，調控吸收率和發射率，以及不同工況下的耐磨，耐候性等。

具有光譜選擇性吸收特性的材料，必須是一種復合材料，即由吸收太陽光輻射和反射紅外光譜兩部分材料組成。吸收輻射是指當輻射通過物質時，其中某些頻率的輻射被組成物質的粒子選擇性地吸收，從而使輻射強度減弱的現象。吸收輻射的實質，是物質粒子發生由低能級(一般為基態)向高能級(激發態)的躍遷。在太陽光譜區，波長在0.3-2.5μm的太陽輻射強度最大，對該光譜區的光量子吸收是關鍵，因此，涂層材料中只有存在與波長0.3-2.5μm光子的能量相對應的能級躍遷，才具有較好的選擇吸收性。太陽能選擇性吸收光譜涂層中所用的顏料大部分是利用不同種類的元素進行復合，來吸收太陽光中能量集中分布的可見和近紅外光的能量。在復合的金屬氧化物中，不同的組分吸收不同波段的光譜，集中以后達到全部吸收的目的。