[发明专利]一种金属/氧化铝太阳能选择性吸收涂层材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明专利属于太阳能集热器技术领域，具体的说是一种金属/氧化铝太阳能选择性吸收涂层材料的制备方法。

背景技术

目前太阳能的能量利用主要有光热转换、光电转换和光化学转换三种方式。相比于近年发展迅速的太阳能光电转换和光化学转换技术，太阳能热转换技术是研究时间最早，研究过程最长，研究成果最成熟，也是应用最为广泛的太阳能利用技术。在太阳能热转换技术中，太阳能集热器是将太阳辐射转变为热能的重要器件，而太阳能选择性吸收涂层是太阳能集热器的主要功能组件，是太阳能光热转换中最为关键的部分，也是获得高光热转换效率的重要方式。

为此在过去的几十年中，太阳能选择性吸收涂层的研究有了很大的发展，采用选择性吸收涂层的太阳房、太阳灶、太阳能干燥器、太阳能蒸馏与海水淡化、太阳能温室、太阳能制冷与空调、太阳能热发电，特别是太阳能热水器在世界上许多国家中已经得到了广泛的应用。太阳能热转换技术中的太阳选择性吸收涂层的研制及其在生产生活上的应用越来越成为人们关注的焦点。

太阳能选择性吸收涂层材料要求其在太阳能可见光光谱区有较高的吸收率（即吸收率较大），而在红外光谱区的发射率要尽可能的低（即发射率较小）。涂层的制备工艺与涂层的光谱辐射特性有着密不可分的关系，不同工艺方法制备的涂层，其组织结构、机械、电学及光学性能都不同。太阳能选择性吸收涂层常用的制备方法主要有：化学镀电化学沉积法、电镀和阳极氧化法、化学转换着色法、溶胶凝胶法、刷涂法、高频磁控溅射法、气相沉积法及等离子喷涂法等。综合国内外太阳能选择性吸收涂层的研究现状，太阳能选择性吸收涂层目前面临以下几个问题：涂层材料的光热转换效率不高；涂层的制备成本偏高；涂层在中高温条件下性能有较大幅度的衰减；涂层制备工艺不完善，涂层结构设计不尽合理。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种金属/氧化铝太阳能选择性吸收涂层材料的制备方法。

一方面考虑到纳米颗粒的体积小、比表面积大、表面原子占有率高、表面能高、表面具有未饱和键及悬空键的特殊电子结构。具有高度的不饱和性和很高的化学反应活性，对所处环境、温度、湿度、振动、光照磁场等特别敏感，容易与环境中的气体分子发生交互作用，使得暴露于空气中的纳米粒子表面极易氧化，从而导致纳米粒子的稳定性差、极易发生团聚，严重影响其实际应用，因此需要对纳米粒子的表面进行表面修饰处理。

另一方面考虑到纳米孔道的模板因具有较大的比表面积、大小均一的孔径和良好的排列方向性，例如氧化铝模板具有较好的化学稳定性和热稳定性，而且制备方法简单并能通过改变实验条件来控制孔径大小和孔道长度；同时这种纳米孔道的模板还表现出许多优异的物理化学特性，如在模板中填入纳米材料可以形成各种阵列纳米复合物，并由此得到不同寻常的磁学和光学性质。

结合纳米颗粒和纳米孔道的特性，再通过电化学沉积的方法可在纳米孔道中制备出金属纳米线。根据所要制备的纳米线，先配制相应的金属离子溶液，在适当的交流电压下沉积并还原金属离子。因此将氧化铝模板置于镍（Ni）的硝酸盐或硫酸盐水溶液中，利用氧化铝模板背面Al基底还原Ni²⁺离子，制备高密度单晶镍纳米线（对于其它金属，如Mo、Co或Fe等也同样适用）。在磷酸中形成的多孔氧化铝模板中电沉积镍，获得的太阳能选择性吸收涂层，通过反射光谱检测及吸收率和发射率的计算表明，这种工艺涂层在太阳能可见光光谱区具有较高的吸收率，而在红外光谱区的发射率较低。

本发明金属/氧化铝太阳能选择性吸收涂层材料的制备方法，包括以下具体步骤：

（1）制备多孔氧化铝模板；具体包括如下子步骤：

（1.1）在温度为20~40℃、氧化电压为20~40V的条件下，将高纯铝片置于0.3M的草酸溶液中阳极氧化6小时；

（1.2）将经过步骤（1.1）的铝片放在5wt%磷酸和2wt%铬酸混合液中，在60℃下经过6小时化学腐蚀；

（1.3）在温度为20~40℃、氧化电压为20~40V的条件下，将步骤（1.2）的铝片置于0.3M的草酸溶液中阳极氧化12小时；

（1.4）将经过步骤（1.3）的铝片放在5wt%磷酸和2wt%铬酸混合液中，在60℃下经过12小时化学腐蚀；

（1.5）用饱和CuCl₂溶液置换掉铝片背面的铝层；用5wt%磷酸溶液在60℃下腐蚀铝片10-20分钟除去障碍层，得到孔径梯度在10~40nm之间变化的、并且通孔和盲孔相间的多孔氧化铝模板；