自掺杂Me-MeO x 纳米复合光热转换涂层的设计、制备及性能研究
发布时间：2021-01-31 06:09
光热转换技术是将太阳能转换为热能的最为直接和有效的方式,在传统的太阳能水热装置、太阳能空气干燥设备、太阳能集热发电技术中,关键的光热转化效率问题是涂覆在集热装置表面的光热转换涂层,为了获得高的光吸收性能,传统的涂层工艺需要采用一个复杂的共溅射技术,通常存在结构工艺复杂、成本高的问题,不利于实际的工业化生产。本文引入自掺杂设计思路,利用单一靶材的反应溅射技术,设计了一种新型自掺杂Me-MeOx（Me=W或Mo）光热转换涂层,其具有非常优异的光学吸收性能和热稳定性能,并且溅射工艺简单、制造成本低、光学吸收易调控、结构易扩展,非常适合于传统的低成本、大规模的中高温光热利用技术。将新型的自掺杂光热转换技术应用于调控人体温度的可穿戴技术中,可以克服传统的采用焦耳热效应和反射红外波长的被动式加热方式,达到主动吸收太阳光温暖人的身体,并反射人体红外热辐射进行保温的光热效果,在户外应急取暖衣料方面具有非常好的应用价值,拓宽了光热转换涂层在柔性、可穿戴人体热转换技术中的应用。具体的研究内容如下所述:（1）研究了单层WOx薄膜的本征吸收特性,引入了介质性WOx、SiO2和Al2O3薄膜作为减反射层,分析其...
【文章来源】：陕西科技大学陕西省
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图1-1双金属陶瓷基太阳能光热转换涂层的结构示意图
Ｆｉｇ．?２－１?（ａ）?Ｒｅａｃｔｉｖｅ?ｍａｇｎｅｔｒｏｎ?ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ?ａｎｄ?（ｂ）?ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??２．１．３涂层制备方法??本文选用射频电源作为溅射源，在不同基底上制备Ｗ－０和Ｍｏ－Ｏ基薄膜。首先，利??用机械泵和分子泵将溅射腔室的真空度抽到Ｐ．ＯｘＫ＾Ｐａ，然后通入Ａｒ作为溅射气体，并??调节真空室内的压力到所需濺射的气压值，设定射频电源的溅射功率值，启动射频电源??后，靶材表面辉光放电，在电场的作用下将溅射出的粒子沉积到基底表面上。当真空室??通入〇２作为反应气体，被溅射出的粒子与之反应生成相应的氧化物，并沉积到基底表面??上。通过控制溅射气压、溅射功率、Ａｒ／０２的流量比、溅射时间等工艺参数，可以制备??出不同结构、成分和厚度的薄膜。??在溅射涂层之前，所有的基片分别在丙酮、酒精和去离子水中被超声波清洗１５？２０??ｍｉｎ，随后被Ｎ２吹干，然后将基片固定在样品旋转台上，并在Ａｒ等离子气氛下轰击１０？??２０?ｍｉｎ以去除基片上的杂质，提高涂层和基片的结合力，其中偏压设定为４５０?Ｖ，气压??设定为５Ｐａ。另外，所有的靶材被预溅射１０？２０ｍｉｎ以清除靶材表面的氧化层，提高沉??积涂层的纯度。??２．１．４测试与表征方法??
其在可见光波段具有非常优异的本征光谱吸收性能［１４４］。??基于此，分别在０．６?Ｐａ和１．０?Ｐａ的气压下，在铝基底上溅射了?一系列的不同厚度的??ＷＯｘ薄膜，其吸收率和发射率如图２－２所示，可知薄膜吸收性能的变化对厚度是非常敏??感的。随着厚度的增加，＼￥（＼薄膜的吸收率先逐渐地增加到最大值，然后逐渐地减小；??发射率呈现逐渐增加的趋势。在０．６?Ｐａ下制备的厚度为４６?ｎｍ的ＷＯｘ薄膜的吸收率最大??为０．８２，发射率为０．０５４；然而随着厚度持续增加，吸收率逐渐地降低到０．７５５，发射率??轻微地增加到０．０５６。对于１．０?Ｐａ下制备的厚度为６０?ｎｍ的ＷＯｘ薄膜，其吸收率最大为??０．８３６，发射率为０．０５３；随着厚度增加，吸收率表现为轻微的减小，当厚度为８６?ｎｍ左??右时，吸收率降低为０．８２３，发射率增加到０．０５８。??（ａ）?ｌ．ｏ，?１?（ｂ＞ｉ．〇｜???Ｐｒｅｓｓｕｒｅ：?０．６?Ｐａ?．?〇?〇ｇ?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ：?１．０?Ｐａ?．?ｑ?Ｑｇ??§０．８?■?＾§?§０．８－??＊￣￣？?§??Ｂ?ｙ?＾?－?０．０６?２?Ｂ?ｙ?＾？?０．０６?ｇ??Ｉ０６；?：〇．〇４｜?：〇．〇４｜??Ｓｏｆａｒ?ａｂｓｏｒｐｔａｎｃｅ?Ｉ?ｏ?■§?，?Ｓｏｌａｒ?ａｂｓｏｒｐｔａｎｃｅ?Ｉ?§??ｃ／５?〇
【参考文献】：
期刊论文
[1]界面光蒸汽转化研究进展[J]. 魏天骐,李秀强,李金磊,周林,祝世宁,朱嘉. 科学通报. 2018(14)
[2]Three-dimensional artificial transpiration for efficient solar waste-water treatment[J]. Xiuqiang Li,Renxing Lin,George Ni,Ning Xu,Xiaozhen Hu,Bin Zhu,Guangxin Lv,Jinlei Li,Shining Zhu,Jia Zhu. National Science Review. 2018(01)
[3]太阳能光电、光热转换材料的研究现状与进展[J]. 王聪,代蓓蓓,于佳玉,王蕾,孙莹. 硅酸盐学报. 2017(11)
[4]中高温光谱选择性吸收涂层的研究进展[J]. 郭志明,王成兵. 材料导报. 2016(S1)
[5]太阳能光谱选择性吸收涂层研究进展[J]. 马鹏军,耿庆芬,刘刚. 材料导报. 2015(01)
本文编号：3010341
【文章来源】：陕西科技大学陕西省
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图1-1双金属陶瓷基太阳能光热转换涂层的结构示意图
Ｆｉｇ．?２－１?（ａ）?Ｒｅａｃｔｉｖｅ?ｍａｇｎｅｔｒｏｎ?ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ?ａｎｄ?（ｂ）?ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??２．１．３涂层制备方法??本文选用射频电源作为溅射源，在不同基底上制备Ｗ－０和Ｍｏ－Ｏ基薄膜。首先，利??用机械泵和分子泵将溅射腔室的真空度抽到Ｐ．ＯｘＫ＾Ｐａ，然后通入Ａｒ作为溅射气体，并??调节真空室内的压力到所需濺射的气压值，设定射频电源的溅射功率值，启动射频电源??后，靶材表面辉光放电，在电场的作用下将溅射出的粒子沉积到基底表面上。当真空室??通入〇２作为反应气体，被溅射出的粒子与之反应生成相应的氧化物，并沉积到基底表面??上。通过控制溅射气压、溅射功率、Ａｒ／０２的流量比、溅射时间等工艺参数，可以制备??出不同结构、成分和厚度的薄膜。??在溅射涂层之前，所有的基片分别在丙酮、酒精和去离子水中被超声波清洗１５？２０??ｍｉｎ，随后被Ｎ２吹干，然后将基片固定在样品旋转台上，并在Ａｒ等离子气氛下轰击１０？??２０?ｍｉｎ以去除基片上的杂质，提高涂层和基片的结合力，其中偏压设定为４５０?Ｖ，气压??设定为５Ｐａ。另外，所有的靶材被预溅射１０？２０ｍｉｎ以清除靶材表面的氧化层，提高沉??积涂层的纯度。??２．１．４测试与表征方法??
其在可见光波段具有非常优异的本征光谱吸收性能［１４４］。??基于此，分别在０．６?Ｐａ和１．０?Ｐａ的气压下，在铝基底上溅射了?一系列的不同厚度的??ＷＯｘ薄膜，其吸收率和发射率如图２－２所示，可知薄膜吸收性能的变化对厚度是非常敏??感的。随着厚度的增加，＼￥（＼薄膜的吸收率先逐渐地增加到最大值，然后逐渐地减小；??发射率呈现逐渐增加的趋势。在０．６?Ｐａ下制备的厚度为４６?ｎｍ的ＷＯｘ薄膜的吸收率最大??为０．８２，发射率为０．０５４；然而随着厚度持续增加，吸收率逐渐地降低到０．７５５，发射率??轻微地增加到０．０５６。对于１．０?Ｐａ下制备的厚度为６０?ｎｍ的ＷＯｘ薄膜，其吸收率最大为??０．８３６，发射率为０．０５３；随着厚度增加，吸收率表现为轻微的减小，当厚度为８６?ｎｍ左??右时，吸收率降低为０．８２３，发射率增加到０．０５８。??（ａ）?ｌ．ｏ，?１?（ｂ＞ｉ．〇｜???Ｐｒｅｓｓｕｒｅ：?０．６?Ｐａ?．?〇?〇ｇ?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ：?１．０?Ｐａ?．?ｑ?Ｑｇ??§０．８?■?＾§?§０．８－??＊￣￣？?§??Ｂ?ｙ?＾?－?０．０６?２?Ｂ?ｙ?＾？?０．０６?ｇ??Ｉ０６；?：〇．〇４｜?：〇．〇４｜??Ｓｏｆａｒ?ａｂｓｏｒｐｔａｎｃｅ?Ｉ?ｏ?■§?，?Ｓｏｌａｒ?ａｂｓｏｒｐｔａｎｃｅ?Ｉ?§??ｃ／５?〇
【参考文献】：
期刊论文
[1]界面光蒸汽转化研究进展[J]. 魏天骐,李秀强,李金磊,周林,祝世宁,朱嘉. 科学通报. 2018(14)
[2]Three-dimensional artificial transpiration for efficient solar waste-water treatment[J]. Xiuqiang Li,Renxing Lin,George Ni,Ning Xu,Xiaozhen Hu,Bin Zhu,Guangxin Lv,Jinlei Li,Shining Zhu,Jia Zhu. National Science Review. 2018(01)
[3]太阳能光电、光热转换材料的研究现状与进展[J]. 王聪,代蓓蓓,于佳玉,王蕾,孙莹. 硅酸盐学报. 2017(11)
[4]中高温光谱选择性吸收涂层的研究进展[J]. 郭志明,王成兵. 材料导报. 2016(S1)
[5]太阳能光谱选择性吸收涂层研究进展[J]. 马鹏军,耿庆芬,刘刚. 材料导报. 2015(01)
本文编号：3010341
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