太阳光谱选择性吸收复合涂层的制备与性能研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 15次 | 上传用户:luchsky123
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太阳能资源作为地球上的最为丰厚的环境友好型可再生能源,被转换成各种形式的能量加以利用。其中,光热转换技术被广泛地应用于太阳能集热器上,太阳能吸收表面是集热器的关键组成部分。尽可能多的对太阳辐射进行吸收并将其保住而不散失对吸收层来说非常的重要,而选择性吸收层因为可以有高的太阳吸收和低的热辐射而满足要求。目前,制备太阳光谱选择性吸收涂层的各种方法在实际应用中都存在一定的局限性,因此寻求一种操作简便、设备要求低、成本低廉的容易实现工业化大批量生产的方法来制备光学性能较好的选择性吸收涂层成为目前太阳能产业最迫切的需要。在所有的选择性吸收机制中,在具有高的红外反射特性的金属基体表面制备一层复合涂层将是一个最灵活、最容易控制及实现的方法,而且复合涂层的光学性能可以方便地通过改变其厚度、组分体积分数以及颗粒粒径来得到改善。本文分别采用简单易行的等离子喷涂法、溶胶-凝胶法以及一种新型的选择性吸收涂层制备方法—湿化学法对太阳光谱选择性吸收复合涂层进行研制。应用XRD、FTIR、EDS、和SEM等测试手段对制备得到的光谱选择性吸收涂层的结构与表面形貌进行了表征,采用UV-3600型UV-Vis-NIR分光光度计和Tensor27型BRUKER红外光谱仪对所制得涂层的光学性能进行了分析研究。经测试得,采用等离子喷涂技术在最佳的实验条件下制备得到的Ni-Al2O3金属陶瓷复合涂层的吸收率α为0.81,发射率ε为0.68,品质因子约为1.19,选择性吸收性能不佳:采用溶胶-凝胶浸渍提拉法在不锈钢基体表面镀制NiO-Al2O3复合薄膜,在最佳实验条件下制备得到的薄膜的吸收率a为0.76,发射率ε为0.25,品质因子α/ε达到3。在该薄膜表面加镀SiO2减反层后,膜系的吸收率达到0.84,发射率为0.30,使整个表面的吸收性能得到提高;采用一种新的制膜技术-湿化学法在不锈钢基体表面镀制Ni-NiO-Al2O3复合薄膜,在最佳实验条件下制备得到的薄膜的吸收率α为0.85,发射率ε为0.12,品质因子α/ε约为7.1,选择性吸收性能达到最佳。在该薄膜表面加镀SiO2减反层后,膜系的吸收率达到0.93,发射率为0.18,使整个表面的吸收性能得到提高。涂层表面形貌的测试结果表明,涂层的光谱选择性吸收性能不仅与材料本身的性能有关,还与涂层表面的结构有关。采用等离子喷涂技术制得的涂层的表面粗糙而不致密,且孔洞多而大,从而对红外光谱产生陷阱吸收的作用,使涂层的发射率大,选择性吸收性能不佳;采用溶胶-凝胶法和湿化学法制得的薄膜都有一种微不平表面结构,这种特殊的表面结构有利于提高薄膜的光谱选择性吸收性能。
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