[发明专利]一种用于太阳能吸收的自组装纳米结构复合材料的制备方法

说明书

一种用于太阳能吸收的自组装纳米结构复合材料的制备方法，属于功能涂料技术领域。本发明通过电化学处理直接在三种过渡金属复合的合金表面上构建自组装纳米结构，其纳米针阵列结构有利于光的捕获和表面反射的减少，可以实现对入射光的多重反射和吸收。薄膜的主要成分为过渡金属的尖晶石氧化物，主要是通过电化学诱导基底中金属的氧化而形成的。尖晶石氧化物的固有吸收是主要的吸收机理。这种结构的吸收涂层在太阳光谱上具有很高的吸收率，并且热损失低，具有优良的选择吸收性能。

技术领域

本发明涉及一种用于太阳能吸收的自组装纳米结构复合材料的制备方法，属于功能涂料技术领域。

背景技术

在最近的几年中，纳米结构材料因其出色的机械、光学和电学性质而引起了学术圈广泛的关注。纳米结构材料在光吸收方面具有极大的优势而广泛应用于太阳能领域中。太阳能吸收材料的关键在于其近波段高吸收率和远波段低热辐射，二维周期性的纳米或微结构表面被证明是光谱控制的一种选择。最近，通过物理方法在Si、W金属上获得了极低反射率的涂层，然而其并未在可见红外区域表现出光谱选择性。

有研究表明通过电化学方法在Fe-Cr-Ni合金上可以加工出具有粗糙纹理的结构表面，这种结构的薄膜在紫外可见近红外区吸收率可达到95％，通过此简单制造方法制备的涂层在太阳能光热转换的应用上具有一定的前景和竞争力。

上述方法仍然存在以下缺陷：设备耗能较大；此方法制得的涂层吸收率较好，但仍有提升空间；近年来对环保要求不断提高，含Cr类的涂层在生产过程会产生污染源，所以需要选取能够取代Cr类的太阳能吸收元素。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种用于太阳能吸收的自组装纳米结构复合材料的制备方法，该复合材料在UV-Vis-NIR(0.3～1.5μm)区域内显示出极高的吸收率，并且极大地简化了其制备工艺，降低了设备的使用需求。

本发明所采用的技术方案如下：一种用于太阳能吸收的自组装纳米结构复合材料的制备方法，选择过渡金属复合合金作为基材，通过电化学处理在复合合金表面构建自组装纳米结构。

进一步地，步骤为：

(1)电极的制备：取过渡金属复合合金，剪裁成工作电极，将石墨板用作辅助电极；

(2)电化学处理：将两个电极系统置于调配混合过的铬酸和硫酸电解液中，进行电化学处理；施加方波调制电位，分别调整方波脉冲的较高电位E_H和较低电位E_L以及每个脉冲的宽度t_H和t_L形成黑色表面；

(3)后处理：将步骤(2)所得样品冲洗并干燥，即得用于太阳能吸收的自组装纳米结构复合材料。

进一步地，步骤(1)中所述过渡金属合金板包含三种过渡金属。

进一步地，步骤(1)中所述过渡金属合金板具体为Fe、Cu、Co、Ni中的至少三种，三种元素的摩尔比为1～2:1～2:1～2。

进一步地，步骤(2)中电解液中铬酸和硫酸的摩尔比在1～2:1～2之间，且浓度控制在2mol/L以下。

进一步地，步骤(2)电化学处理时，具体调整方波脉冲的较高电位E_H为0.6～0.8v，较低电位E_L为-0.6～-0.8v；每个脉冲的宽度t_H＝0.02～0.03s和t_L＝0.06～0.07s；持续20min～40min；脉冲宽度为脉冲达到最大值所持续的周期。

进一步地，步骤(4)中采用蒸馏水冲洗，并在60～80℃下干燥。

上述方法制备所得的自组装纳米结构复合材料，具体为过渡金属复合合金表面形成的黑色薄膜。