CN101169485A - 一种新型太阳选择性吸收涂层 - Google Patents

一种新型太阳选择性吸收涂层 Download PDF

Info

Publication number
CN101169485A
CN101169485A CNA2006101500096A CN200610150009A CN101169485A CN 101169485 A CN101169485 A CN 101169485A CN A2006101500096 A CNA2006101500096 A CN A2006101500096A CN 200610150009 A CN200610150009 A CN 200610150009A CN 101169485 A CN101169485 A CN 101169485A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
sputtering
gas
target
absorbing coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2006101500096A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100543499C (zh
Inventor
杜心康
王聪
周珑
王天民
陈步亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CNB2006101500096A priority Critical patent/CN100543499C/zh
Publication of CN101169485A publication Critical patent/CN101169485A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100543499C publication Critical patent/CN100543499C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/30—Auxiliary coatings, e.g. anti-reflective coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/20—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption
    • F24S70/225—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption for spectrally selective absorption
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明涉及一种中高温太阳能选择性吸收涂层。具有三层膜结构，从底层到表面依次为红外反射层、吸收层和减反射层。吸收层的成分由Nb与其氮化物的混合物组成，结构由厚度和金属体积百分含量不同的两个亚层构成，可形成干涉吸收效应。吸收层以Nb靶为溅射靶材，通过直流反应磁控溅射制备，溅射气体为Ar气，反应气体为N2。涂层具有良好的中高温热稳定性，并且具有可见－红外光谱高吸收率，红外光谱低发射率的特点。吸收层的制备采用单一金属Nb靶，仅需调节N2流量就可获得Nb与其氮化物的混合物，使得工艺简便、易于控制、显著降低工艺成本、缩短生产周期。适用于中高温工作温度(300℃－500℃)的太阳能集热管。

Description

一种新型太阳选择性吸收涂层
技术领域
本发明涉及太阳能利用技术领域，具体涉及一种中高温太阳能选择性吸收涂层。
背景技术
太阳光谱选择性吸收涂层在可见-近红外波段具有高吸收率，在红外波段具有低发射率的功能薄膜，是用于太阳能集热器，提高光热转换效率的关键。随着太阳能热利用需求和技术的不断发展，太阳能集热管的应用范围从低温应用(≤100℃)向中温应用(100℃-350℃)和高温应用(350℃-500℃)发展，以不断满足海水淡化、太阳能发电等中高温应用领域的使用要求。对于集热管使用的选择性吸收涂层也要具备高温热稳定性，适应中高温环境的服役条件。
对于太阳能选择性吸收涂层目前已研究和广泛使用了黑铬、阳极氧化着色Ni-Al2O3以及具有成分渐变特征的SS-C/SS(不锈钢)和Al-N/Al等膜系，应用于温度在200℃以内的平板型集热装置的集热管表面。但在中高温条件下，由于其红外发射率随温度上升明显升高，导致集热器热损失明显上升，热效率显著下降。
为了提高中高温服役条件下选择性吸收涂层的热稳定性，Mo-Al2O3/Cu、SS-AlN/SS等材料体系得到了研究和发展，采用了双靶或多靶金属陶瓷共溅射技术，其中Mo-Al2O3/Cu体系的特点是Mo-Al2O3吸收层具有成分渐变的多亚层结构，Al2O3层采用射频溅射方法，SS-AlN/SS体系的特点是吸收层采用了于涉膜结构，使热稳定性提高。上述涂层在使用温度350℃-500℃范围内的聚焦型中高温集热管表面获得了应用。但是双靶或多靶共溅射、射频溅射等工艺沉积速率低，生产周期长，工艺复杂，成本高。
对于太阳能的中高温利用，需要一种吸收率高、发射率低、热稳定性好，而且工艺简便的选择性吸收涂层及制备技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能选择性吸收涂层，适用于中高温(300℃-500℃)工作温度集热管，涂层吸收率高、发射率低、热稳定性好，制备工艺简便，操作方便，生产周期短，溅射工况稳定。
为达到上述目的，本发明提供一种太阳能选择性吸收涂层，该涂层在吸热体基材表面由底部到顶部形成三层膜结构，每层膜的功能、组成与制备方法如下：
第一层是红外反射层，由金属膜构成，如Cu、Ni、Mo、Nb等，采用金属靶直流磁控溅射方法，以Ar气作为溅射气体制备，该层对红外波段光谱具有高反射特性，发射率低。
第二层是吸收层，成分上由Nb与其氮化物的混合物组成，结构上由厚度和金属体积百分含量不同的两个亚层构成。吸收层采用Nb靶直流反应磁控溅射技术制备，反应气体为N2，只需通过调节N2流量，就可获得不同Nb体积百分含量的混合膜亚层。这两个亚层除自身对太阳光谱具备固有吸收特性外，还形成干涉吸收效应，加强了涂层的光吸收作用。
第三层为减反射层，由陶瓷膜构成，如AL2O3、SiO2、TiO2等，采用陶瓷靶射频溅射技术或金属靶反应溅射技术，以Ar气作为溅射气体制备，具有增透、耐磨、抗氧化的作用。
本发明所提供的选择性吸收涂层由金属红外反射层、Nb与其氮化物的混合物组成的双干涉吸收层和陶瓷减反射层组成，具有可见-红外光谱高吸收率，红外光谱低发射率的特点，并且由于采用高熔点的金属Nb和Nb的氮化物材料，具有良好的中高温热稳定性。该涂层的吸收层采用单一靶材制备，制备过程中调节N2流量，工艺简便、操作方便、易于控制、显著降低工艺成本、缩短生产周期。适用于中高温工作温度的太阳能集热管。
附图说明
附图为选择性吸收涂层剖面示意图。
具体实施方式
以下实施例为本发明的具体实施方式，仅用于说明本发明，而非用于限制本发明。
结合图1所示选择性吸收涂层剖面示意图，涂层的制备工艺流程为：(1)选用纯度99.99％的Nb靶，基材使用316不锈钢1。溅射前将真空室预抽本底真空至6×10-4Pa，通入惰性气体Ar作为溅射气氛，调整溅射距离为80mm，调节溅射气压为0.2Pa。溅射时，调整溅射电压为280V，溅射电流为0.2A，利用直流溅射方式制备200nm厚Nb膜2；(2)同时通入Ar和N2混合气，调节Ar与N2流量比为150∶2，调节溅射气压为0.2Pa，溅射时，调整溅射电压为360V，溅射电流为0.18A，在Nb膜上制备60nm厚Nb与其氮化物的混合物薄膜31；(3)调节Ar与N2流量比为150∶4，继续制备45nm厚Nb与其氮化物的混合物薄膜32，能够形成干涉吸收效应的薄膜31和薄膜32组成选择性吸收涂层的吸收层3；(4)选用纯度99.99％的Al2O3靶，溅射前将真空室预抽本底真空至6×10-4Pa，通入惰性气体Ar作为溅射气氛，调整溅射距离为60mm，调节溅射气压为0.2Pa。溅射时，调整溅射电压为1100V，溅射电流为0.35A，利用射频溅射方式制备42nm厚Al2O3膜4。
本实施例制备的太阳能选择性吸收涂层的性能如下：在大气质量因子AM1.5条件下，涂层吸收率为94％，法向发射率为0.16。进行真空退火处理，在2×10-2Pa真空度下，经350℃真空退火1小时后，涂层吸收率为95％，法向发射率为0.14，在2×10-2Pa真空度下，经500℃真空退火1小时后，涂层吸收率为94％，法向发射率为0.15。

Claims (6)

1.一种太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，由三层薄膜结构组成，最底层为金属红外反射膜，中间层是以Nb与其氮化物的混合物为组成成分的双干涉吸收层，表面层为陶瓷减反射膜。
2.如权利要求1所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述最底层金属红外反射膜，采用金属靶直流磁控溅射，以Ar气作为溅射气体制备。
3.如权利要求1所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述中间吸收层由Nb与其氮化物的混合物组成，沉积时以Ar气为溅射气体，以N2为反应气体，采用Nb靶直流反应溅射制备。
4.如权利要求3所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述中间吸收层为可形成干涉吸收效应的双亚层结构，由厚度和金属体积百分含量不同的两个亚层构成，不同的金属体积百分含量通过溅射时调整N2流量获得。
5.如权利要求1所述的太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，所述表面层为陶瓷减反射层，沉积时以Ar气作为溅射气体，采用陶瓷靶射频溅射或金属靶反应溅射制备。
6.一种制备太阳能选择性吸收涂层的方法，包括下述三个步骤：
(1)采用金属靶，在基体表面直流溅射沉积金属红外反射膜。
(2)采用Nb靶，在Nb膜表面反应直流溅射具有干涉吸收效应的、双亚层结构的吸收层。
(3)在吸收层表面溅射陶瓷减反射膜。
CNB2006101500096A 2006-10-24 2006-10-24 一种新型太阳选择性吸收涂层 Expired - Fee Related CN100543499C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2006101500096A CN100543499C (zh) 2006-10-24 2006-10-24 一种新型太阳选择性吸收涂层

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2006101500096A CN100543499C (zh) 2006-10-24 2006-10-24 一种新型太阳选择性吸收涂层

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101169485A true CN101169485A (zh) 2008-04-30
CN100543499C CN100543499C (zh) 2009-09-23

Family

ID=39390167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2006101500096A Expired - Fee Related CN100543499C (zh) 2006-10-24 2006-10-24 一种新型太阳选择性吸收涂层

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100543499C (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102721213A (zh) * 2012-06-29 2012-10-10 苏州嘉言能源设备有限公司 太阳能高温选择性吸收涂层
CN105549139A (zh) * 2016-01-15 2016-05-04 杏晖光学（厦门）有限公司 一种抗红外光镜片的制备方法
CN105605814A (zh) * 2014-11-25 2016-05-25 北京有色金属研究总院 一种太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN106884145A (zh) * 2016-12-28 2017-06-23 北京航空航天大学 一种太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
WO2020097811A1 (zh) * 2018-11-14 2020-05-22 香港科技大学深圳研究院 一种全陶瓷高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN108645061B (zh) * 2018-03-15 2020-07-28 兰州交大常州研究院有限公司 多层复合太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN114086121A (zh) * 2021-11-23 2022-02-25 北京航空航天大学 一种高性能辐射制冷无机多层膜

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103759323B (zh) * 2013-10-22 2014-11-19 赵炜 一种太阳能利用系统
CN104197547B (zh) * 2013-10-22 2015-11-18 赵炜 一种铝基合金集热管的太阳能热水器系统
CN103808018B (zh) * 2013-10-22 2014-11-19 赵炜 一种辅助热能的太阳能利用系统
CN103486741B (zh) * 2013-10-22 2014-04-02 赵炜 一种涂覆吸热膜的太阳能热水器及其系统
CN103759435B (zh) * 2013-10-22 2014-11-19 赵炜 一种太阳能热水器

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102721213A (zh) * 2012-06-29 2012-10-10 苏州嘉言能源设备有限公司 太阳能高温选择性吸收涂层
CN105605814A (zh) * 2014-11-25 2016-05-25 北京有色金属研究总院 一种太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN105605814B (zh) * 2014-11-25 2019-02-05 北京有色金属研究总院 一种太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN105549139A (zh) * 2016-01-15 2016-05-04 杏晖光学（厦门）有限公司 一种抗红外光镜片的制备方法
CN106884145A (zh) * 2016-12-28 2017-06-23 北京航空航天大学 一种太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN106884145B (zh) * 2016-12-28 2019-09-17 北京航空航天大学 一种太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN108645061B (zh) * 2018-03-15 2020-07-28 兰州交大常州研究院有限公司 多层复合太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
WO2020097811A1 (zh) * 2018-11-14 2020-05-22 香港科技大学深圳研究院 一种全陶瓷高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN114086121A (zh) * 2021-11-23 2022-02-25 北京航空航天大学 一种高性能辐射制冷无机多层膜

Also Published As

Publication number Publication date
CN100543499C (zh) 2009-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100543499C (zh) 一种新型太阳选择性吸收涂层
CN102102918B (zh) 一种Cr系高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN201218622Y (zh) 一种太阳能选择性吸收涂层
CN101806508B (zh) 一种高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN104005003B (zh) 一种大气中耐高温、耐盐雾的太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN101922816B (zh) 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN101737983B (zh) 一种太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法
CN101666557B (zh) 一种非真空太阳光谱选择性吸收膜层及其制备方法
CN102277555A (zh) 一种具有TiN和AlN的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN102501459B (zh) 一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法
CN104006560B (zh) 一种WOx/ZrOx高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN102620456A (zh) 一种中低温太阳能选择吸收薄膜及其制备方法
CN106884145B (zh) 一种太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN102328476B (zh) 一种具有TiO2和Al2O3双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN102286720B (zh) 一种具有SiO2和Cr2O3的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN103625032A (zh) 一种中高温太阳能光热选择性吸收涂层
CN105222381A (zh) 一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN102328475B (zh) 一种具有SiO2和TiO2的双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN103029374A (zh) 一种中高温太阳能光热选择性吸收涂层
CN103317788A (zh) 一种光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN201539995U (zh) 钽金属掺杂的氮化钛金属陶瓷薄膜
CN109338297B (zh) 一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层及其制备方法
CN102689467A (zh) 一种具有Si3N4和AlN双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN204478557U (zh) 一种双吸收层太阳光谱选择性吸收涂层
CN102305484A (zh) 具有陷光结构的太阳能集热管

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090923

Termination date: 20111024