[发明专利]一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，具体是一种非真空中高温太阳能集热管表面选择性吸收涂层及其制备方法。

背景技术

太阳能的热利用是太阳能利用的一种重要形式。随着国家对节能减排的投入，以及能源短缺的问题逐渐浮出水面，对太阳能的热利用研究越来越广泛。

对太阳能的热利用一般均通过在集热器表面制备太阳能选择性吸收涂层以实现。性能优异的太阳能选择性吸收涂层具备在可见-近红外波段(0.3~2.5μm)保持较高的吸收率，而在中-远红外波段(2.5~25μm)具备低发射率的特性，涂层的吸收率与发射率直接影响了太阳能集热器的效率。

随着太阳能热利用的不断发展，太阳能热利用的温度范围从100℃以下低温领域，逐渐朝着500℃高温领域发展。在我国，太阳能的热利用的范围主要集中于中低温领域，温度不超过350℃，这远远不能满足社会发展对太阳能热利用的需求。现阶段，已经实现商业规模化应用的是太阳能热水系统，较为常见的太阳能热水器便是采用磁控溅射方法在真空玻璃管表面制备Al-AlN金属陶瓷，对节能减排起到了良好的推动作用。在太阳能热发电方面，我们国家起步较晚。而在国外，早在上世纪50年代，苏联便提出塔式太阳能热发电站，在美国，最大的太阳能热发电（CSP）项目建设已或批准。2010年1月9日，美国太阳能发电供应商esolar公司与山东蓬莱电力设备制造有限公司共同投资超过50亿美元建设太阳能热发电系统，开启了太阳能热发电在中国的新篇章。

实现太阳能中高温应用的关键技术之一便是制备一种适应中高温服役条件的太阳能选择性吸收涂层。目前，国内对于太阳能热利用的研究逐渐增多，已经有很多学者采用各种制备工艺制备太阳能选择性吸收涂层，对材料以及结构的研究也较为透彻。现有太阳能选择性吸收涂层主要采用磁控溅射、涂料涂覆、电镀、化学镀、溶胶凝胶等方法。虽然方法众多，但是均存在优缺点，仅仅少数投入生产实践。溅射工艺先进，制备薄膜速度快、薄膜致密、均匀，已有学者采用该方法制备出高温太阳能选择性吸收涂层，性能优异，但成本昂贵，工艺要求高；涂料法最为方便，制备工艺简单，成本低廉，但涂层中往往需要加入有机粘接剂，使得涂层的光学选择性并不优异，耐受温度有限；电镀镀液对环境污染大，同时镀层结合力及高温稳定性差；化学镀成本低，制备方法简单，但其镀层具有电镀镀层一样的缺点；传统溶胶凝胶法加工工艺简单，成本低廉，但薄膜粘接性能较差，难于实现在高温领域的应用，这些因素均制约着太阳能的热利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具备良好的耐高温和耐腐蚀性能的太阳能选择性吸收涂层及其工艺简单的制备方法。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案： 

本发明提供的太阳能选择性吸收涂层，其结构是：该涂层具有双层结构，第一层为基材，第二层为复合氧化物吸收层，自下而上排列；或者，该涂层具有三层结构，第一层为基材，第二层为复合氧化物吸收层，第三层为减反层，自下而上排列；所述基材为不锈钢基片，复合氧化物吸收层为Cu_1.5Mn_1.5O₄复合氧化物薄膜，减反层为TiO₂薄膜；所述复合氧化物吸收层及减反层均采用溶胶-凝胶法制备。

本发明将经过处理的不锈钢基片作为基材。或者，将直接经过处理而不需要外加亮金属底层的不锈钢材质集热管道作为基材，这样可以节约成本；同时，膜层的减少，简化了系统的复杂性，提高了稳定性。

本发明提供的上述太阳能选择性吸收涂层，其制备方法是：

（1）采用溶胶-凝胶法制备复合氧化物吸收层：

1）溶胶制备： 

以Cu、Mn盐为金属源，摩尔比为1:1，按照0.04mol~0.08mol金属阳离子溶解于100ml去离子水的比例配成溶液；以柠檬酸为络合剂，添加量是金属阳离子总物质的量的2倍，按照0.08~0.16mol柠檬酸溶解于100ml去离子的比例配成溶液；将柠檬酸溶液缓慢加入到金属盐溶液中，60~80℃恒温搅拌，浓缩成溶胶，体积减少至为原体积的40~60%；添加羟丙基纤维，每100ml溶胶中添加1g，磁力搅拌，待完全溶解后静置备用；

所采用的金属盐采用氯化盐、硝酸盐、醋酸盐中的一种。

2）薄膜制备：

使用提拉镀膜法，在清洁后的不锈钢基片表面上提拉镀膜，控制提拉速度和提拉次数获得厚度100~500nm的薄膜；将薄膜置于400~600℃下退火30~120min，制备出尖晶石结构吸收层；

（2）采用溶胶-凝胶法制备减反层：