[发明专利]具有选择性吸收功能的复合材料涂层

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种太阳能光热转化技术领域的材料，具体是一种具有选择性吸收功能的复合材料涂层。

背景技术

太阳能是本世纪最具有应用潜力的清洁替代能源。太阳光的大部分能量集中在可见光和近红外区。对太阳能的利用除了光敏电池外(利用波长主要集中在紫外区，占太阳能总量的5-10％)，最主要的就是将太阳能直接转化成热应用于各种需要。目前，太阳能光热利用主要集中在低温(100℃以下)，如太阳能热水器等。中高温(200℃以上)太阳能选择性吸收涂层的研究更有潜力，可用在空调、光热发电等高端领域。高的工作温度对材料的热稳定性和抗氧化性要求很高，很多在低温环境性能良好的涂层在高温环境中结构会发生变化，致使光热转化性能急剧下降。

选择性吸收涂层可大致归为六类：1本体吸收，2半导体-金属渐变涂层，3多层吸收层，4多层金属-陶瓷层，5表面造型(surface texturing)，6在类似黑体吸收层上面加一层选择性透过涂层。无论哪一类涂层，其设计旨在尽量减少涂层在太阳辐射区的反射率，提高材料本身对光能的吸收转化，同时还要求材料组分在工作温度下的热稳定高，抗氧化性强。因此，一种选择性吸波涂层的设计需要综合考虑上述多个因素。

表面造型一直是选择性吸收涂层设计的一个方向。通过对材料表面造型，得到有一定几何结构的凸凹表面，入射光子进入涂层后，在内表面多次反射中能量逐渐被材料本身所吸收，并转化为热能。H.Sai，E.Rephaeli等人先后报道了利用金属钨材料构建的四面体排列的表面并模拟其光学吸收功能，结果优异，但由于材料本身的物理化学特性和结构要求性高，均未制备出这种结构的涂层。由氧化铁、氧化铬和尖晶石镍铁氧化物构成的具有金字塔或者类似的四面体、椎体结构的复合材料涂层，目前也还没有报道。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种具有选择性吸收功能的复合材料涂层，该涂层太阳光吸收比/发射比大于9；在空气气氛，温度100℃～350℃的工作环境中具有良好的热稳定性，难氧化性且不易被腐蚀。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的组分为铬元素、镍元素、氧元素和铁元素，其含量为：铬元素11.8％-38.9wt％、镍元素3.4％-7.6wt％、氧元素3.9％-23.9wt％，其余为铁元素。

所述的复合材料的太阳光吸收比α在0.905～0.936，热发射比ε在100℃时为0.105～0.158；工作环境为空气气氛且温度100℃～350℃。

所述的氧元素、铁元素和铬元素分别以O-Fe、O-Cr化学键的形式形成Fe₂O₃、Cr₂O₃并存在于复合材料中，镍元素、铁元素和氧元素则以Fe-Ni-O化学键形成具有尖晶石结构的NiFe₂O₄。

所述的复合材料的表面结构由锥体排列构成，锥体的高度为50～150纳米，相邻锥体底面中心间距为50～200纳米。这种结构有利于光波进入涂层后多次在材料表面反射，逐步被具有体吸收性的复合材料吸收。

本发明所述复合材料在100～350℃下结构稳定，难氧化，耐腐蚀，即使在空气气氛中长期使用其光学性质也不会有明显变化。

本发明采用自组装技术来构造所述复合材料涂层结构。在合金表面通过控制腐蚀速度和腐蚀方向，引导合金体系中的Cr，Ni，Fe金属元素进行氧化还原反应并且在合金表面重新组装，形成了具有椎体结构的Fe₂O₃、Cr₂O₃、NiFe₂O₄复合材料。

附图说明

图1为实施例1复合材料涂层的表面三维结构图。

图2为实施例1具有选择性吸收功能的复合材料涂层在0.2-2.5微米范围内的光谱反射图，其中：实线为刚制备出的涂层的反射曲线，虚线为涂层在空气中经过300℃高温煅烧100h后的反射曲线。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1