[发明专利]一种高稳定性的太阳能选择性吸热涂层

说明书

技术领域

本发明属于太阳能热利用技术领域，特别涉及利用磁控溅射沉积技术制备的高稳定性的太阳能选择性吸热涂层。

技术背景

太阳能选择性吸热涂层是在太阳光谱范围（0.3~2.5微米）具有较高的吸收率α,在红外区域（2~50微米）具有低的发射率ε，它能把低能量密度的太阳能转换成高能量密度的热能，把太阳能收集起来，提高太阳能光热转换效率。

太阳能吸热涂层被应用到太阳能集热设备上，分为低温，中温和高温利用涂层。工作温度越高，其热转化效率也就越高，太阳能热利用朝中高温方向发展是必然的趋势。当今我国在中低温太阳能吸热涂层的制备方面已经具备成熟的技术。Al/AlN渐变涂层和SS-AlN干涉吸收涂层已经在真空管太阳能热水器领域大面积推广使用。但是在中高温热利用领域，我国在涂层制备方面技术仍不成熟，研制具有高温稳定性能的太阳能吸热涂层是太阳能热利用领域工作者努力的方向。

根据吸收太阳光的原理和膜层结构的不同，选择性吸收膜层的基本类型有半导体膜层；干涉膜层；多层渐变膜层；金属-陶瓷膜层；多孔膜层。

发明内容

本发明的目的是提供一种在大气环境中具有高稳定性的太阳能中高温选择性吸热涂层。

本发明提出的高稳定性的太阳能选择性吸热涂层，涂布在太阳能集热元件的基底上，其特征在于：自基底向上由扩散阻隔层、Ag红外高反层、干涉吸收层组成，所述干涉吸收层由介质层和Al合金层组成复合结构。

扩散阻隔层为Mo、W两种金属中的一种，厚度为30-100nm。其主要作用是在高温时，阻止基底中的元素向膜层扩散，防止膜层组成被破坏，从而提高膜层的高温稳定性能。

红外高反层由40-120nm的Ag层构成，其主要作用是提高涂层对红外的反射能力，从而具备涂层热辐射率。

干涉吸收层由介质层和金属合金交替形成，优选是外侧两层介质层和中间的Al合金层组成的三明治复合结构。最外层，即与大气接触的一层为介质层。其中介质为铝、硅的氧化物、氮化物和氮氧化物中的一种，其厚度为30-80nm；而Al合金层为铝镍、铝钛、铝铬、铝硅、铬镍、铝钛铬、铝镍铬、铝硅铬中的一种，厚度为10-30nm。

本发明采用磁控溅射技术制备各涂层，在清洗后的基底上依次制备上述顺序的涂层。介质层通过相应的金属靶与对应气氛反应溅射制备得到。

本发明涂层具有优异的热稳定性能、高的太阳能吸收率和低的热辐射率，工艺相对简单，适合大面积推广使用。

附图说明：

图1为本发明实施例1太阳能选择性吸收涂层的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。以下实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明。

实施例1

涂层采用磁控溅射的方法进行制备。溅射室中共有四种靶，分别为Mo靶、Ag靶、CrAl合金靶和Al靶。在清洗好的不锈钢基底上制备第一层扩散阻隔层Mo层，厚度为30nm，接着制备红外高反层Ag层，厚度为100nm。开始制备干涉吸收层，先制备介质层，通入氧气与Al反应溅射制备氧化铝介质层，厚度为40nm，再制备12nm的CrAl合金层，最后再通过反应溅射制备60nm的氧化铝介质层，至此，吸收涂层的制备完成。具体结构相见附图1所示。

将涂层至于400摄氏度大气环境中老化70小时后自然冷却。测试结果表明吸收率为0.94，发射率为0.06，涂层具有良好的热稳定性。

实施例2

涂层采用磁控溅射的方法进行制备。溅射室中共有四种靶，分别为Mo靶、Ag靶、AlTiCr合金靶和Al靶。在清洗好的不锈钢基底上制备第一层扩散阻隔层Mo层，厚度为55nm，接着制备红外高反层Ag层，厚度为120nm。开始制备干涉吸收层，先制备介质层，通入氧气与Al反应溅射制备氧化铝介质层，厚度为30nm，再制备18nm的AlTiCr合金层，再制备40nm的氧化铝介质层，制备25nm的AlTiCr合金层，最后再通过反应溅射制备68nm的氧化铝介质层，吸收涂层的制备完成。测试结果表明，涂层常温下吸收率为0.96，发射率为0.05.

实施例3