多级干涉堆叠渐变结构AMA光热薄膜的制备及结构性能研究
发布时间：2021-08-15 14:45
AMA光热薄膜是一种在真空环境下光热转换性能较为理想,同时结构简单且热稳定性能较好的太阳光谱选择性吸收薄膜,但其直接用于中高温（T≥500℃）大气环境工况下光热发电集热器选择吸收涂层材料时,存在整体厚度偏薄、热氧化抗力不足且光热吸收性能下降等问题,而开发具有中间半透（M）层成分梯度变化、介质层尺度从红外反射基层向上逐渐增加的多级干涉堆叠渐变结构的AMA光热薄膜则有望解决这些问题。为此,本课题提出AMAMA...多层堆叠的思路,分别以等离子辐射相对强度（PEM）和Ar/O2流量比两种反应溅射程度控制技术,展开对MoNx或MoOx两种薄膜材料作为多级干涉堆叠渐变AMA薄膜中间半透层的实验研究及工艺设计,随后以AMA光热薄膜传统二级干涉三明治式结构为基础,在优化了两级干涉薄膜介质层尺度参数的条件下,设计并制备了三级、四级干涉堆叠AMA光热薄膜,对比研究了不同中间半透层成分搭配对AMA多层薄膜光热吸收性能的作用及影响规律,最后分别在500℃、550℃、600℃温度下对制备的三级、四级干涉AMA光热薄膜进行保温8h的热氧化处理,并对薄膜热氧化处理前后的光学性能、截面形貌、物相成分以及膜基结合性能...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国太阳能辐射能量分布图
材料的选择性吸收性能水平以及高温性能稳定性都提出了更高的要求。1.3太阳能选择性吸收薄膜简介1.3.1选择性吸收薄膜的概念光谱选择性吸收薄膜即对光谱吸收具有选择性的涂层材料。光谱选择性吸收涂层对可见光区有较高的吸收率（α），对红外光区有较高的反射率（ε），这是选择性吸收涂层光学性能的2个重要参数[7]。由于太阳能与集热器表面之间的热能是通过粒子辐射形式进行传递的，所以只有具备特殊性能的材料才能做到尽可能多地吸收太阳能，同时又尽可能少地减少自身热辐射损失，从而达到提高太阳能光热转换效率的效果。图1-2给出了理想选择性吸收表面与太阳辐射谱的对应关系，其中反射率由0到1的阶跃线就是理想情况下，一个选择性吸收表面应有的光谱反射曲线。图1-2理想选择吸收性表面与太阳辐射谱的关系Fig.1-2Relationbetweenidealabsorptivesurfaceandsolarradiationspectrum由图1-2可知，理想的选择性吸收表面对太阳可见光和近红外范围的辐射有几乎完全的吸收，吸收率接近100%；对约2500nm以上的红外波段则完全反射，吸收率接近为0。
是红外反射层，红外反射层上的中间半透层上下都是没有吸收的纯电介质层，且电介质层的光学厚度能够满足在中心波长处可实现干涉相消。当入射光束穿过电介质层及中间半透层射向红外反射层时，中间半透层会吸收一部分太阳光的能量，其余部分入射太阳光会在红外反射层与电介质层中来回反射，每反射一次就产生一次干涉相消。在太阳光入射时也会有部分太阳光通过最顶层电介质层反射，为了减少这种反射，提高薄膜对太阳光的吸收效率，最顶层的电介质层的光学厚度也应满足在中心波长处可进行干涉相消，降低表面的反射，增加吸收。图1-3半透明电介质-金属干涉叠层表面示意图[7]Fig.1-3Schematicdiagramoftranslucentdielectric-metalinterferencelaminationsurface（5）电介质-金属复合材料选择吸收表面电介质-金属复合就是将极细的金属粒子嵌入到电介质基体中形成新材料的过程。金属材料的价带与导带交叠，没有禁带，拥有良好的导电与光学吸收性能。纯电介质材料价带与导带间的禁带宽度大，一般不具有导电性。若将金属材料与纯电介质材料复合，则可以获得介于两者之间的光学性能的材料。同时通过控制嵌入纯电介质材料中金属粒子的数量就可以控制生成物材料的性能。在以上五种薄膜的分类中，Thornton[22]提出的AMA干涉堆叠型选择性吸收涂层，属于其中的第四类，因半透明电介质-金属干涉叠层表面结构简单、制备工艺易于操作、制备成本低，有良好的选择吸收性能以及高温稳定性，因此本实验继续选择此种模型作为研究对象。1.3.3选择性吸收薄膜的研究现状20世纪50年代，以色列物理学家HarryZ.Tabor[23]首次提出了太阳光谱选择性吸收的概念，此后，各国学者在太阳能选择性吸收薄膜材料、结构和制备技术方面进行了大量研究。在经历了较长时间的发展后，在
【参考文献】：
期刊论文
[1]美国能源信息署发布《国际能源展望2019》报告[J]. 王立伟. 天然气地球科学. 2019(11)
[2]太阳能利用技术研究现状及发展前景[J]. 蔡世杰. 中国高新科技. 2018(21)
[3]Mo-Al2O3太阳能选择吸收涂层的制备及其光学性能[J]. 张文辉,张敏,李影,殷雪,李美仪,李小晶. 中国表面工程. 2018(04)
[4]TiAlON太阳能吸收膜的制备及高温性能衰减分析[J]. 许英朝,陈冠宇,林洪沂,朱文章. 太阳能学报. 2017(10)
[5]太阳能光热发电现状及前景分析[J]. 李方方,袁亚周,吴怡. 上海节能. 2016(07)
[6]中国太阳能资源和环境气象因子影响分析[J]. 潘进军,江滢,郭鹏,张永山. 科技导报. 2014(20)
[7]复合抛物面聚光器–光伏/光热与燃煤发电机组联合供能系统性能分析[J]. 陈海平,于鑫玮,魏进家,冯蕾,徐玫. 中国电机工程学报. 2014(14)
[8]光谱选择性太阳能吸收涂层的研究进展[J]. 高祥虎,赵鑫,耿庆芬,刘刚. 材料导报. 2012(13)
[9]溶胶-凝胶法制备太阳光谱选择性吸收薄膜的研究进展[J]. 李镇祥,赵剑曦. 硅酸盐学报. 2012(05)
[10]太阳能光热转换的核心材料——光谱选择性吸收涂层的研究与发展过程[J]. 谢光明. 新材料产业. 2011(05)
博士论文
[1]Ni-AlN太阳能选择性吸收涂层中频磁控溅射技术研究[D]. 周家斌.中国地质大学（北京） 2007
硕士论文
[1]Ge1-xCx薄膜的直流磁控溅射制备及A1掺杂光电改性研究[D]. 高军帅.西安理工大学 2019
[2]吸收层结构对中高温光热薄膜吸收特性及抗氧化能力的影响[D]. 杨超.西安理工大学 2018
[3]直流、射频磁控溅射制备Al2O3薄膜工艺探索及其性能的研究[D]. 张新宇.中北大学 2017
[4]纳米光催化材料的制备及其可见光条件下光催化还原二氧化碳性能研究[D]. 冯世超.南京大学 2015
[5]耐高温AgAl-Al2O3金属陶瓷薄膜制备、热稳定性及其光学特性研究[D]. 涂承君.南京理工大学 2015
[6]中高温太阳能选择性吸收薄膜的研究[D]. 汪晨丰.西安工业大学 2014
[7]高功率复合脉冲磁控溅射等离子体特性及TiN薄膜制备[D]. 李希平.哈尔滨工业大学 2008
[8]射频反应磁控溅射法制备Al2O3薄膜结构与性能的研究[D]. 祁俊路.合肥工业大学 2006
本文编号：3344748
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国太阳能辐射能量分布图
材料的选择性吸收性能水平以及高温性能稳定性都提出了更高的要求。1.3太阳能选择性吸收薄膜简介1.3.1选择性吸收薄膜的概念光谱选择性吸收薄膜即对光谱吸收具有选择性的涂层材料。光谱选择性吸收涂层对可见光区有较高的吸收率（α），对红外光区有较高的反射率（ε），这是选择性吸收涂层光学性能的2个重要参数[7]。由于太阳能与集热器表面之间的热能是通过粒子辐射形式进行传递的，所以只有具备特殊性能的材料才能做到尽可能多地吸收太阳能，同时又尽可能少地减少自身热辐射损失，从而达到提高太阳能光热转换效率的效果。图1-2给出了理想选择性吸收表面与太阳辐射谱的对应关系，其中反射率由0到1的阶跃线就是理想情况下，一个选择性吸收表面应有的光谱反射曲线。图1-2理想选择吸收性表面与太阳辐射谱的关系Fig.1-2Relationbetweenidealabsorptivesurfaceandsolarradiationspectrum由图1-2可知，理想的选择性吸收表面对太阳可见光和近红外范围的辐射有几乎完全的吸收，吸收率接近100%；对约2500nm以上的红外波段则完全反射，吸收率接近为0。
是红外反射层，红外反射层上的中间半透层上下都是没有吸收的纯电介质层，且电介质层的光学厚度能够满足在中心波长处可实现干涉相消。当入射光束穿过电介质层及中间半透层射向红外反射层时，中间半透层会吸收一部分太阳光的能量，其余部分入射太阳光会在红外反射层与电介质层中来回反射，每反射一次就产生一次干涉相消。在太阳光入射时也会有部分太阳光通过最顶层电介质层反射，为了减少这种反射，提高薄膜对太阳光的吸收效率，最顶层的电介质层的光学厚度也应满足在中心波长处可进行干涉相消，降低表面的反射，增加吸收。图1-3半透明电介质-金属干涉叠层表面示意图[7]Fig.1-3Schematicdiagramoftranslucentdielectric-metalinterferencelaminationsurface（5）电介质-金属复合材料选择吸收表面电介质-金属复合就是将极细的金属粒子嵌入到电介质基体中形成新材料的过程。金属材料的价带与导带交叠，没有禁带，拥有良好的导电与光学吸收性能。纯电介质材料价带与导带间的禁带宽度大，一般不具有导电性。若将金属材料与纯电介质材料复合，则可以获得介于两者之间的光学性能的材料。同时通过控制嵌入纯电介质材料中金属粒子的数量就可以控制生成物材料的性能。在以上五种薄膜的分类中，Thornton[22]提出的AMA干涉堆叠型选择性吸收涂层，属于其中的第四类，因半透明电介质-金属干涉叠层表面结构简单、制备工艺易于操作、制备成本低，有良好的选择吸收性能以及高温稳定性，因此本实验继续选择此种模型作为研究对象。1.3.3选择性吸收薄膜的研究现状20世纪50年代，以色列物理学家HarryZ.Tabor[23]首次提出了太阳光谱选择性吸收的概念，此后，各国学者在太阳能选择性吸收薄膜材料、结构和制备技术方面进行了大量研究。在经历了较长时间的发展后，在
【参考文献】：
期刊论文
[1]美国能源信息署发布《国际能源展望2019》报告[J]. 王立伟. 天然气地球科学. 2019(11)
[2]太阳能利用技术研究现状及发展前景[J]. 蔡世杰. 中国高新科技. 2018(21)
[3]Mo-Al2O3太阳能选择吸收涂层的制备及其光学性能[J]. 张文辉,张敏,李影,殷雪,李美仪,李小晶. 中国表面工程. 2018(04)
[4]TiAlON太阳能吸收膜的制备及高温性能衰减分析[J]. 许英朝,陈冠宇,林洪沂,朱文章. 太阳能学报. 2017(10)
[5]太阳能光热发电现状及前景分析[J]. 李方方,袁亚周,吴怡. 上海节能. 2016(07)
[6]中国太阳能资源和环境气象因子影响分析[J]. 潘进军,江滢,郭鹏,张永山. 科技导报. 2014(20)
[7]复合抛物面聚光器–光伏/光热与燃煤发电机组联合供能系统性能分析[J]. 陈海平,于鑫玮,魏进家,冯蕾,徐玫. 中国电机工程学报. 2014(14)
[8]光谱选择性太阳能吸收涂层的研究进展[J]. 高祥虎,赵鑫,耿庆芬,刘刚. 材料导报. 2012(13)
[9]溶胶-凝胶法制备太阳光谱选择性吸收薄膜的研究进展[J]. 李镇祥,赵剑曦. 硅酸盐学报. 2012(05)
[10]太阳能光热转换的核心材料——光谱选择性吸收涂层的研究与发展过程[J]. 谢光明. 新材料产业. 2011(05)
博士论文
[1]Ni-AlN太阳能选择性吸收涂层中频磁控溅射技术研究[D]. 周家斌.中国地质大学（北京） 2007
硕士论文
[1]Ge1-xCx薄膜的直流磁控溅射制备及A1掺杂光电改性研究[D]. 高军帅.西安理工大学 2019
[2]吸收层结构对中高温光热薄膜吸收特性及抗氧化能力的影响[D]. 杨超.西安理工大学 2018
[3]直流、射频磁控溅射制备Al2O3薄膜工艺探索及其性能的研究[D]. 张新宇.中北大学 2017
[4]纳米光催化材料的制备及其可见光条件下光催化还原二氧化碳性能研究[D]. 冯世超.南京大学 2015
[5]耐高温AgAl-Al2O3金属陶瓷薄膜制备、热稳定性及其光学特性研究[D]. 涂承君.南京理工大学 2015
[6]中高温太阳能选择性吸收薄膜的研究[D]. 汪晨丰.西安工业大学 2014
[7]高功率复合脉冲磁控溅射等离子体特性及TiN薄膜制备[D]. 李希平.哈尔滨工业大学 2008
[8]射频反应磁控溅射法制备Al2O3薄膜结构与性能的研究[D]. 祁俊路.合肥工业大学 2006
本文编号：3344748
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