CN101284958A

CN101284958A - 以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法

Info

Publication number: CN101284958A
Application number: CNA2008100385600A
Authority: CN
Inventors: 邓意达; 李志彬; 沈彬; 刘磊; 仵亚婷; 胡文彬
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2028-06-05
Also published as: CN101284958B

Abstract

本发明涉及一种以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法，利用自催化还原反应制备的镍或镍合金空心球粉与树脂和溶剂按一定比例混合，得到均匀的涂料，再通过喷涂方法，将涂料均匀涂在具有抛光表面的基材上，形成厚度均匀的涂层，最后将涂层在一定温度下保温烘干，得到太阳能吸热涂层。本发明采用的设备简单，工艺简单易行，所制备的太阳能吸热涂层为金属－树脂型复合涂层，吸收剂为具有空心结构的镍或镍合金粉末，填充剂为高分子树脂，涂层厚度控制在10～100μm，涂层颜色呈灰黑色或黑色。通过选择不同粒径和不同组份的镍或镍合金粉体作为吸收剂，可制备出吸收率为0.96～0.98的太阳能吸热涂层。

Description

以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型太阳能吸热涂层的制备方法，更具体地说，涉及一种以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法。

背景技术

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，然而由于其到达地球后能量密度小，给大规模的开发利用带来困难，这就决定了太阳能直接用于日常生活和工业生产前，必须提高太阳能的能量密度。太阳能选择性吸收涂层对可见光的吸收率很高，而自身红外辐射率很低，能够把低品位的太阳能转换成高品位的热能，对太阳能起到富集作用，是太阳能热利用中的关键技术，对提高集热器效率至关重要。

从上世纪五十年代太阳能选择性吸收涂层的设想提出至今，科研人员对此进行了大量的研究，涂层类型和制备方法已经多种多样。目前，根据吸收原理和涂层结构的不同，选择性吸收涂层主要有体吸收型涂层、干涉型吸收涂层、金属-电介质复合涂层、表面结构型吸收涂层等种类，制备方法主要有涂料法、电镀法、电化学法、CVD(化学气相沉积)法和真空镀膜法等。在太阳能选择性吸收涂层制备中，吸收剂的选择一直是人们研究的重点，镍由于有良好的光吸收性和稳定性而作为吸收剂被广泛应用，如太阳能学报，2001，22：443-447就报道了一种黑镍涂层的制备方法，并对其光学性能进行了研究，结果表明，该涂层具有良好的太阳能吸收效果。专利号为ZL200510024798.4的中国发明专利利用自催化还原法制备了空心镍或镍合金粉，该粉体由于其空心结构，在一些应用领域表现出特殊的光、电、磁性能，实验结果表明这种空心结构的镍或镍合金粉具有极好的光吸收性能。进一步研究表明，这种镍或镍合金空心球粉可以与树脂混合制成涂料，涂覆于铝板上制备得到太阳能吸热涂层。到目前为止，这种以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层的制备国内外尚无相关报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法，采用简单的工艺和设备，制得高效的太阳能吸热涂层。

为实现这一目的，本发明首先利用自催化还原法制备镍或镍合金空心球粉，然后将镍或镍合金空心球粉与树脂和溶剂按一定比例混合，得到均匀的涂料，再通过喷涂方法，将涂料均匀涂在具有抛光表面的基材上，形成厚度均匀的涂层，最后将涂层在一定温度下保温烘干，得到太阳能吸热涂层。

本发明以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法具体包括如下步骤：

1、镍或镍合金空心球粉的制备：将镍盐、碱、还原剂在去离子水中溶解，分别配制成80～300g/L金属盐溶液、10～100g/L碱溶液和20～350g/L的还原剂溶液。各取1升上述三种溶液分别放入40～95℃的恒温水浴槽中加热5～8分钟，同时不断搅拌，使加热均匀，并在金属盐溶液中加入8～20g/L的添加剂0～10ml。然后将碱溶液倒入金属盐溶液中，并搅拌均匀，得到均一的氢氧化物胶体。将所配制的还原剂倒入胶体中，同时不断搅拌，反应进行过程中有大量气泡冒出，溶液中出现大量黑色沉淀，待溶液中不再产生气泡，即反应基本完成。将所得的黑色沉淀过滤后分别经氨水、去离子水、丙酮洗涤后，于60～90℃烘箱中干燥1～24小时，可得到镍或镍合金空心球粉。

其中所用的镍盐包括硫酸镍、氯化镍、硝酸镍、醋酸镍。制备镍合金粉时，可将铁、钴或铜盐混入镍盐中，配制成等浓度的复合金属盐溶液。

所用的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙。

所用的还原剂包括次亚磷酸盐、硼氢化物、水合肼。

所用的添加剂包括柠檬酸、乳酸、丁二酸、己二酸、硫脲、丙烯基硫脲、碘化钾、钼酸铵。添加剂可以选择不加，也可以加入上述一种或几种。

2、将镍或镍合金空心球粉与树脂和溶剂混合，镍或镍合金空心球粉、树脂和溶剂的体积比为1∶0.5～3∶0.05～1，充分搅拌后得到涂料。

其中所用的树脂包括环氧树脂、丙烯酸树脂、聚脂树脂、全氟烷氧基树脂。

所用的溶剂包括乙醇、丙酮。

3、采用涂覆方法，将涂料均匀喷涂在具有抛光表面的基材上，形成厚度为10～100μm的均匀涂层。

其中所用的涂覆方法包括热喷涂、等离子喷涂、气体动力喷涂。

所用的涂层基材包括铝、铜、硅的板材及管材。

4、将涂层在80～200℃下保温1～3小时，得到太阳能吸热涂层。

本发明所制备的太阳能吸热涂层为金属-树脂型复合涂层，吸收剂为具有空心结构的镍或镍合金粉末，填充剂为高分子树脂，涂层厚度控制在10～100μm，涂层颜色呈灰黑色或黑色。通过选择不同粒径和不同组份的镍或镍合金粉体作为吸收剂，可制备出吸收率为0.96～0.98的太阳能吸热涂层。

本发明首次提出将自催化还原法制备的空心镍或镍合金粉，与树脂混合制成涂料，涂覆后可制备出太阳能吸热涂层。该技术不仅可以制得以镍或镍合金空心球为吸收剂的高效太阳能吸热涂层，而且采用的设备简单，同时工艺操作简单易行。

具体实施方式

以下通过几个具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例不构成对本发明的限定。

实施例1：

将硫酸镍、次亚磷酸钠、氢氧化钠分别与去离子水配制成260g/L的硫酸镍溶液、320g/L次亚磷酸钠溶液和15g/L的氢氧化钠碱溶液，将三种溶液各取1升，同时放入90℃的恒温水浴槽中加热8分钟，并在硫酸镍溶液中加入20g/L的柠檬酸溶液5ml，乳酸2ml，10g/L的硫脲3ml。然后将氢氧化钠倒入硫酸镍溶液中得到均一的氢氧化镍胶体。再将次亚磷酸钠溶液倒入氢氧化镍胶体中，同时不断搅拌，随后反应发生，大量气泡冒出，反应剧烈进行，溶液中出现大量黑色沉淀，待溶液中不再产生气泡，反应完成。将所得的黑色沉淀过滤后分别经氨水、去离子水、丙酮洗涤，于85℃烘箱中干燥2小时，所得粉末为空心镍-磷合金粉，磷含量为7.88％，粉末粒径为0.3～2μm。

将空心球粉和树脂以下列配比混合均匀，并加入溶剂混合后，通过热喷涂方法在抛光的纯铝板上制成厚度20μm的涂层，将涂层在150℃下保温2小时，得到太阳能吸热涂层，其平均吸收率约为0.968。

空心球粉：50％(体积比)；

树脂：45％(体积比)，丙烯酸树脂；

溶剂：5％(体积比)乙醇。

实施例2：

将硝酸镍、水合肼、氢氧化钠分别与去离子水配制成150g/L的硝酸镍溶液、70g/L水合肼溶液和20g/L的氢氧化钠碱溶液，将三种溶液各取1升，同时放入55℃的恒温水浴槽中加热5分钟，然后将氢氧化钠倒入硫酸镍溶液中得到均一的氢氧化镍胶体。再将水合肼溶液倒入氢氧化镍胶体中，同时不断搅拌，随后反应发生，大量气泡冒出，反应剧烈进行，溶液中出现大量黑色沉淀，待溶液中不再产生气泡，反应完成。将所得的黑色沉淀过滤后分别经氨水、去离子水、丙酮洗涤，于60℃烘箱中干燥20小时，所得粉末为空心镍粉，粉末粒径分布在80～100nm。

将空心球粉、树脂和溶剂以下列配比混合均匀，通过气体动力喷涂方法在抛光的铜管上制成厚度50μm的涂层，将涂层在200℃下保温1小时，得到太阳能吸热涂层，其平均吸收率约为0.973。

空心球粉：30％(体积比)；

树脂：60％(体积比)，环氧树脂；

溶剂：10％(体积比)，丙酮。

实施例3：

将硫酸镍200g和硫酸钴20g配制成1L的复合金属盐溶液，将水合肼和氢氧化钠分别配制成100g/L和12g/L的溶液，将三种溶液各取1升，同时放入50℃的恒温水浴槽中加热7分钟，并在复合金属盐溶液中加入乳酸6ml，丁二酸2ml，8g/L的钼酸铵2ml。然后将氢氧化钠倒入复合金属盐溶液中得到均一的氢氧化物胶体，再将水合肼溶液倒入胶体溶液中，溶液中出现大量棕黑色沉淀，将所得的沉淀过滤后分别经氨水、去离子水、丙酮洗涤，于90℃烘箱中干燥1.5小时，所得粉末为镍-钴合金空心球，钴含量为8.0％，粉末粒径分布在0.5～0.8μm。

将空心球粉和树脂以下列配比混合均匀，加入溶剂混合后，通过热喷涂方法在硅板上制成厚度15μm的涂层，将涂层在100℃下保温3小时，得到太阳能吸热涂层，其平均吸收率约为0.979。

空心球粉：60％(体积比)；

树脂：36％(体积比)，全氟烷氧基树脂；

溶剂：4％(体积比)乙醇。

实施例4：

将硫酸镍180g和硫酸钴30g配制成1L的复合金属盐溶液，将次亚磷酸钾和氢氧化钾分别配制成150g/L和60g/L的溶液，将三种溶液各取1升，同时放入91℃的恒温水浴槽中加热5分钟，并在复合金属盐溶液中加入20g/L的柠檬酸溶液5ml，丁二酸2ml，10g/L的碘化钾3ml。然后将氢氧化钾倒入复合金属盐溶液中得到均一的氢氧化物胶体，再将次亚磷酸钾溶液倒入胶体溶液中，溶液中出现大量棕黑色沉淀，将所得的沉淀过滤后分别经氨水、去离子水、丙酮洗涤，于80℃烘箱中干燥2小时，所得粉末为镍-钴-磷合金空心球，钴含量为4.0％，磷含量为5.3％，粉末粒径分布在1～3μm。

将空心球粉、树脂和溶剂以下列配比混合均匀，通过等离子喷涂方法在铝管上制成厚度80μm的涂层，将涂层在120℃下保温2.5小时，得到太阳能吸热涂层，其平均吸收率约为0.960。

空心球粉：22％(体积比)；

树脂：65％(体积比)，聚脂树脂；

溶剂：13％(体积比)乙醇。

Claims

1、一种以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将镍盐、碱、还原剂在去离子水中溶解，分别配制成80～300g/L金属盐溶液、10～100g/L碱溶液和20～350g/L的还原剂溶液；各取1升上述三种溶液分别放入40～95℃的恒温水浴槽中加热5～8分钟，同时不断搅拌，使加热均匀，并在金属盐溶液中加入8～20g/L的添加剂0～10ml；然后将碱溶液倒入金属盐溶液中，搅拌均匀，得到均一的氢氧化物胶体；将所配制的还原剂溶液倒入胶体中，同时不断搅拌，当搅拌反应过程中不再产生气泡，将所得的黑色沉淀过滤后分别经氨水、去离子水、丙酮洗涤，然后于60～90℃烘箱中干燥1～24小时，得到镍或镍合金空心球粉；

2)将镍或镍合金空心球粉与树脂和溶剂混合，镍或镍合金空心球粉、树脂和溶剂的体积比为1∶0.5～3∶0.05～1，充分搅拌后得到涂料；

3)采用涂覆方法，将涂料均匀喷涂在具有抛光表面的基材上，形成厚度为10～100μm的均匀涂层；

4)将涂层在80～200℃下保温1～3小时，得到太阳能吸热涂层。

2、根据权利要求1的以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法，其特征在于配制金属盐溶液时，将铁、钴或铜盐混入镍盐中，配制成等浓度的复合金属盐溶液。

3、根据权利要求1或2的以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法，其特征在于所述的镍盐为硫酸镍、氯化镍、硝酸镍或醋酸镍。

4、根据权利要求1的以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法，其特征在于所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙。

5、根据权利要求1的以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法，其特征在于所述的还原剂为次亚磷酸盐、硼氢化物或水合肼。

6、根据权利要求1的以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法，其特征在于所述的添加剂为柠檬酸、乳酸、丁二酸、己二酸、硫脲、丙烯基硫脲、碘化钾、钼酸铵，取其中一种或几种。

7、根据权利要求1的以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法，其特征在于所述的树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂、聚脂树脂或全氟烷氧基树脂。

8、根据权利要求1的以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法，其特征在于所述的溶剂为乙醇或丙酮。

9、根据权利要求1的以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法，其特征在于所述的涂覆方法为热喷涂、等离子喷涂或气体动力喷涂。

10、根据权利要求1的以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层制备方法，其特征在于所述的基材采用铝、铜、硅的板材或管材。