[发明专利]一种太阳能选择性吸收涂层结构及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能选择性吸收涂层结构及制备方法，用于太阳能集热器，属于太阳能热利用和热发电技术领域。

背景技术

太阳能选择性吸收涂层是一种重要的能源材料，该涂层的光热转换性能直接决定太阳能热利用效率。而金属陶瓷，因其本身特点(兼备了金属和陶瓷的部分优点，如前者的韧性和塑性，后者的耐高温性、高强度和抗氧化性等)作为选择性吸收涂层，这些年来成为研究的热门。

涂层的结构不同，其吸收太阳光的机理也不同。金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层是微米或纳米金属颗粒均匀分布在介电陶瓷中的复合材料，其吸收机理是过渡性金属的带间跃迁和金属颗粒与陶瓷基体之间的共振吸收作用。纹理表面，是利用物理或化学手段在涂层表面制备出特殊的纹理，这些特殊文理在微观上的不平整性类似于光学陷阱，当波长较短的太阳光波通过陷阱时，在陷阱内经过多次反射吸收，从而提高涂层吸收率。利用多尺度金属颗粒和陶瓷材料复合，可简单有效地在涂层表面获得特殊纹理结构，从而得到纹理表面-金属电介质复合的双机理吸收涂层。

发明内容

本发明目的在于提供一种金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层结构，并且用一种工艺简单、成本低廉的方法制备。该涂层具有优良光学性能同时具备较好的热稳定性。

本发明采用的技术方案为：一种太阳能选择性吸收涂层结构，该涂层结构由基底到表面依次设置为高红外反射层和多尺度金属陶瓷吸收层；

所述高红外反射层为抛光高红外反射金属片或管；

所述多尺度金属陶瓷吸收层的金属相由一种或多种粒径为纳米～微米的金属颗粒组成，陶瓷相由一种或多种陶瓷复合组成；多尺度金属陶瓷吸收层的金属相金属包括但不限于Mo、Ni、W、Fe、Al，陶瓷相陶瓷包括但不限于SiO₂、Al₂O₃、TiC、TiN。

作为优选，所述高红外反射层为抛光不锈钢片或管。

作为优选，所述多尺度金属陶瓷吸收层的金属质量百分比为40％，陶瓷质量百分比为60％，金属相成分分别由粒径为纳米Mo金属颗粒和粒径为微米Mo金属颗粒，陶瓷相由SiO₂组成。

一种上述太阳能选择性吸收涂层结构的制备方法，包括以下步骤：

3)采用多尺度金属颗粒和陶瓷颗粒混合制备成多尺度金属陶瓷浆料；将粒径为纳米与微米的金属颗粒和陶瓷按一定质量比例混合放入容器中，与异丙醇、乙二醇、丙三醇有机溶剂一起经高能球磨30min制成均匀浆料；

4)用涂覆法将制得的金属陶瓷浆料沉积在高红外反射金属基底上，然后放在200℃恒温加热器上干燥，再将所制备的涂层放入马弗炉空气氛围加热350℃，保温1h，去除有机溶剂，形成吸收层。

本发明制备的太阳能选择性吸收涂层，其选择吸收性能采用以下方法测试：采用紫外-可见分光光度计在0.3-2.5μm波段范围内以及傅里叶变换红外光谱仪在2.5-25μm波段测试其反射率，利用这两个波段的反射率分别结合AM1.5太阳辐照强度数据和80℃黑体辐射数据可以计算得到涂层的吸收率和发射率。

本发明的有益效果：(1)该涂层吸收机理为：a)金属-电解质复合，b)多尺度效应及光学陷阱，此二种机理相结合可拓宽涂层对光吸收的频率进而提高吸收率；多尺度所组成的亚波长结构可减少对红外的吸收，进而降低发射率。即该涂层具有良好的光学性能，具有较高吸收率和较低的发射率。

(2)该涂层具有较良好的温度稳定性，可应用于中高温真空及大气环境。

(3)相比于其他制备法，涂覆法制备选择性吸收涂层成本更低廉，工艺相较为简单。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为实例中紫外-可见-近红外光谱中反射率测量图谱；

图3为实例中红外区域中的反射率测量图谱。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合具体的实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例中所用技术手段为本领域人员所熟知常规手段，所用原料均为市场产品。

实施例

如图1所示，一种太阳能选择性吸收涂层结构，该涂层结构由基底到表面依次设置为高红外反射层1和多尺度金属陶瓷吸收层2；基体选择抛光不锈钢片作为高红外反射层，金属成分选择Mo，其尺度粒径从为50nm和2μm，陶瓷成分选择SiO₂。