溶胶凝胶法制备中高温太阳吸收涂层及其性能研究

发布时间：2020-08-06 11:26

【摘要】：太阳光谱选择性吸收涂层在紫外-可见-近红外波段具有低的反射率,在红外波段具有高的反射率,可以最大程度吸收太阳辐射能并将其转化为热能,同时尽量减小自身向外界的热辐射,对于提高太阳能光热转换效率具有重要意义。过去,国内外对太阳光谱选择性吸收涂层的研究主要集中在中低温领域;近年来,随着人们对光热转换效率的高要求,中高温太阳选择性吸收涂层的研制和其光学性能成为人日益关注的焦点。本文就中高温太阳光谱选择性吸收涂层的制备与辐射特性展开研究,研究内容包括:1.Ni-A1203太阳选择性吸收涂层辐射特性的研究设计Ni-A1203太阳选择性吸收涂层,研究了金属Ni体积分数、涂层厚度以及双层结构对Ni-A1203涂层辐射特性的影响,为实验研究提供参考与指导。采用溶胶-凝胶法制备了 Ni-A1203太阳选择性吸收涂层,参照理论结果与实验条件,研究了热处理温度、Ni含量、入射角度、偏振光、双层结构对涂层辐射特性的影响,并对涂层热稳定性、耐候性和耐腐蚀性进行测试。研究结果表明,当热处理温度为600℃时,Ni-A1203涂层形成金属陶瓷结构;金属Ni含量的增加有利于提高涂层的光谱选择性,当Ni含量为80%时,涂层α=0.92,ε=0.19;太阳入射角越小,涂层光谱选择性越强;而偏振光对涂层的辐射特性没有影响。Ni-A1203涂层在500℃下的高温稳定性较差,但是耐候性和耐腐蚀性较强。2.CuCoMnOx太阳选择性吸收涂层辐射特性的研究采用溶胶-凝胶法制备了 CuCoMnOx太阳选择性吸收涂层,研究了热处理温度、入射角度、偏振光对涂层辐射特性的影响,并对涂层热稳定性、耐候性、耐腐蚀性进行测试。研究结果表明,当热处理温度为500℃时,CuCoMnOx涂层形成尖晶石结构,光谱选择性最强,α=0.91,ε=0.148;随着入射角的增加,CuCoMnOx涂层α逐渐降低,ε逐渐升高;而偏振光对涂层的辐射特性没有影响;涂层的热稳定性、耐候性和耐腐蚀性都比较好。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK513
【图文】：

示意图,太阳能热发电系统,示意图,吸收器

１绪论硕士学位论文逡逑阳辐射聚集到管状吸收器上，加热工质推动汽轮机发电；碟式系统利用许多镜子组成的逡逑凹面将太阳辐射聚集到焦点上，焦点上的吸收器吸收热量加热工质，推动汽轮机做工；逡逑而塔式系统利用独立跟踪太阳的定日镜将太阳辐射聚集到塔顶部的吸收器上，然后加热逡逑工质推动汽轮机做工。三种太阳能光热发电系统均能有效地吸收太阳辐射能，将其转化逡逑为热量进行热发电，但是目前只有槽式聚集系统实现了商业化，而其它两种仍然处于试逡逑验示范阶段。逡逑

反射率曲线,太阳光谱,黑体辐射,反射率曲线

而在其它波长范围内发射率高，此时该涂层材料可以最大程度地吸收太阳辐射能并将其逡逑转化为热能，同时把热损失降到最小。理想的太阳光谱选择性吸收涂层在它的工作温度逡逑下具有很高的太阳吸收率ａ和很低的热发射率ｅ，其光谱反射率曲线如图１．３所示，涂逡逑层在０．２５？２．５ｐｍ波段的光谱反射率很低（近似于０），在红外波段的反射率很高（近似逡逑于１）。逡逑４０００邋Ｆ逦＇邋■邋—逦￣逦￣逦＂逦＾＝１邋１．０逡逑．Ｉｄｅａｌ邋ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ逦Ｂｌａｃｋｂｏｄｙ邋ｒａｄｉａｔｉｏｎ邋0邋９逡逑ｃ邋３０００邋－逦狐邋＼逦＿°，８逡逑！邋＼逦－°－７逡逑／邋＼逦－邋0－６邋｜逡逑＾邋２000邋－逦／逦＼逦－邋０．５邋｜逡逑：逦Ｓｏｌａｒ邋ｒａｄｉａｔｉｏｎ邋／逦＼逦名逡逑！．．：邋／＼邋Ａ逡逑Ｕ邋Ｉ逦｜１Ｉ＇Ｉ１Ｉ＇Ｉ１｜邋Ｖ．Ｖ逡逑０．２５逦０．５逦１逦２逦４逦８逦１６逦３２逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋（＾ｍ）逡逑图１．３太阳光谱与黑体辐射及理想反射率曲线逡逑１．２．２太阳吸收率ａ和热发射率ｓ逡逑太阳光谱选择性吸收涂层的目的是尽量吸收太阳辐射能，将其转化为热能，同时尽逡逑３逡逑

示意图,涂层,原理,本征吸收

征吸收涂层逡逑半导体和过渡金属均可用作本征吸收材料，这些本征吸收材料存在一个禁带宽逡逑对应一个截止波长ｉａｃ＝１．２４／￡ｇ）。只有波长２＜厶的光才可以使得本征吸收逡逑电子发生跃迁，将光能转变为热能；而波长Ａ＞ＡＣ的光因为能量不足，直接透逡逑收材料。由于太阳辐射的能量主要集中在０．３？２．５ｐｍ的波长范围内，所以对应逡逑在０．５？１．２６ｅＶ的材料才能用作本征吸收涂层的材料，半导体材料如Ｓｉ、Ｇｅ、逡逑过渡金属如Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ等均可以作为本征吸收材料［１２］。逡逑干涉吸收涂层逡逑涉涂层是从光学角度设计的，利用多层膜系在紫外－可见－近红外波段的干涉效逡逑择性吸收的目的［１３］。这种涂层从底层到表层通常由光学常数（折射率ｎ、消光逡逑逐渐减小的膜层结构组成，太阳辐射中的短波在涂层各膜层内经过多次反射而逡逑而长波直接被反射出去，达到较高的太阳吸收率和较低的热发射率［１４，１５］。但是逡逑涂层随着温度的升高，其热发射率会急剧增大，其光谱选择性衰减严重，所以逡逑收涂层一般在低温环境下使用。逡逑

【参考文献】