CN102087054B - 一种光热转换吸收膜系及其溶胶凝胶制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光热转换吸收膜系及其溶胶凝胶制备方法，所述光热转换吸收膜系为三层结构，由在金属基底上制备的两层成分渐变的氧化铝基吸收膜和减反射顶层构成；所述两层成分渐变的氧化铝基吸收膜以高金属含量的M-Al2O3混合溶胶制备吸收底层，中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶制备吸收中间层；所述M表示过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源；该膜系采用溶胶凝胶法制备。本发明的光热转换吸收膜系制备成本低廉，制备方法简单易行，对环境无污染，且具有较高的太阳能光热转换效率。

Description

一种光热转换吸收膜系及其溶胶凝胶制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，涉及一种光热转换吸收膜系及其溶胶凝胶制备方法。
背景技术
太阳能光热转换吸收薄膜是太阳能集热器最重要和最核心的部分，其光学性能影响着太阳能的光热转换效率。M-Al2O3复合薄膜是一种金属陶瓷薄膜，其具有优异的太阳能吸收率和高温热稳定性，广泛用于太阳能集热器。目前，常见的薄膜制备方法有真空蒸发、溅射镀膜和离子镀等物理气相沉积以及电镀、阳极氧化等电化学沉积。电化学方法中使用了磷酸盐，氰化物等有害物质，环境污染严重；物理气相沉积方法虽然没有环境污染，但需要昂贵的设备以实现高真空度，增加了薄膜制备成本。溶胶-凝胶法制备薄膜具有工艺简便、设备要求低以及适合于大面积制膜等优点，因而能有效降低金属陶瓷薄膜的制备成本。1997年，Kraus等报道了以三仲丁醇铝和2-乙基己酸镍制备溶胶 [J. Appl. Phys., 821189-1195 (1997)]，经过1200°C煅烧生成NiAl2O4，然后再在950°C下用H2还原制备Ni-Al2O3复合薄膜，但这种方法由于需要高温及使用易爆的H2，因而薄膜制备成本较高，也存在危险性。2006年，Westin等报道了以溶液化学法制备Al2O3基薄膜的方法，他们以异丙醇铝为原料制备了Al2O3溶胶，但过程中不可避免地产生沉淀，需经较长时间的静置和分离出清液才能用于镀膜，增加了薄膜制备工艺的复杂性和薄膜制备成本[Composite materials and method of its manufacture WO 2006/073357 A1]。
发明内容
本发明的目的是提供一种光热转换吸收膜系及其溶胶凝胶制备方法，该膜系制备成本低廉，制备方法简单易行，对环境无污染，且具有较高的太阳能光热转换效率。
本发明的技术方案如下：
本发明的光热转换吸收膜系，其特征在于：所述光热转换吸收膜系为三层结构，由在金属基底上制备的两层成分渐变的氧化铝基吸收膜和减反射顶层构成；所述两层成分渐变的氧化铝基吸收膜以高金属含量的M-Al2O3混合溶胶制备吸收底层，中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶制备吸收中间层；所述M表示过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源；所述光热转换吸收膜系的溶胶凝胶制备如下：在极性有机溶剂中，以过渡金属无机盐或过渡金属有机盐、铝盐为金属源，在螯合剂和无机酸作用下分别制成过渡金属溶胶和铝溶胶，所述过渡金属溶胶即M溶胶由过渡金属无机盐或过渡金属有机盐与螯合剂混合制得，所述铝溶胶由铝盐、螯合剂与无机酸混合制得；然后将上述两种溶胶混合作为前驱液，在金属基底上制备两层成分渐变的氧化铝基吸收膜和减反射顶层构成了光热转换吸收膜系。
其中所述极性有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、乙酸乙酯、丙酮、二甲基甲酰胺或乙腈。
所述过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源为Ni、Co、Cu、Ag、Pt、Au、Pd、Fe中的一种。
所述金属无机盐为硝酸盐、卤化盐、磷酸盐、硫酸盐或高氯酸盐，所述过渡金属有机盐为烷氧基盐或羧酸盐。
所述铝盐为烷氧基铝、硝酸铝或三氯化铝。
所述螯合剂为乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯、柠檬酸、柠檬酸铵或三乙醇胺。
所述无机酸为盐酸、硝酸或高氯酸。
所述的高金属含量的M-Al2O3混合溶胶中M的含量为70-95%；所述的中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶中M的含量为20-70%。
本发明所述光热转换吸收膜系的溶胶凝胶制备方法，具体步骤如下：
a) M溶胶的制备：取40-60mL极性有机溶剂，在搅拌条件下依次加入1.5-6mL螯合剂和6-14g过渡金属无机盐或过渡金属有机盐，继续搅拌0.5－1.5h直至获得澄清的M溶胶；所述M表示过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源；
b) 铝溶胶的制备：将5-18g铝盐粉末加入到40-60mL极性有机溶剂中，在搅拌下回流升温至50-80℃，继续搅拌回流0.5-1.5 h，加入3-7mL螯合剂及7-15mL无机酸，搅拌回流2.5-3.5h，至获得澄清透明的铝溶胶；
c) 减反射顶层溶胶的制备：减反射顶层溶胶包括SiO2溶胶、TiO2溶胶或SiO2-TiO2溶胶；
d) 将步骤a）的M溶胶和步骤b）的铝溶胶按金属摩尔比95:5-70:30混合，搅拌均匀后，得到高金属含量的M-Al2O3混合溶胶；
e) 分别取20-30mL步骤a）的M溶胶和步骤b）的铝溶胶，然后分别加入10-30mL极性有机溶剂稀释，将稀释后的M溶胶和铝溶胶按金属摩尔比70:30-20:80混合，搅拌均匀后，得到中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶；
f) 将高金属含量的M-Al2O3混合溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在金属基底上成膜，经干燥和惰性气氛下热处理得到高金属含量的M-Al2O3吸收底层；
g) 将中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在高金属含量的M-Al2O3吸收底层上成膜后，经干燥和惰性气氛下热处理得到中等金属含量的M-Al2O3吸收中间层；
h) 将减反射顶层溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在中等金属含量的M-Al2O3吸收中间层上成膜后，经干燥和惰性气氛下热处理得到减反射顶层，获得所述光热转换吸收膜系。
其中所述惰性气氛为N2；所述干燥的温度为50-90°C；所述热处理的升温速率为1°C/min-50°C/min，热处理的温度为500-600°C，热处理时间为0.5h～3h。
所述减反射顶层溶胶中SiO2溶胶或TiO2溶胶的制备为：室温下将10-17mL正硅酸乙酯或钛酸四正丁酯加入到10-20mL极性有机溶剂中混匀后，继续向其滴加含0.03-0.06%wt HCl的水溶液，在密闭容器中搅拌至获得澄清透明的SiO2溶胶或TiO2溶胶；也可以将上述制备的SiO2和TiO2溶胶混合，得到SiO2-TiO2溶胶。减反射顶层溶胶还可以是铝溶胶，按照步骤b）制备铝溶胶，并根据工艺要求调整浓度制备减反射顶层。
本发明的显著优点是：本发明采用溶胶凝胶制备技术，溶胶制备方法简单易行，原料易得；在金属基底上成膜后，经过干燥和惰性气氛下热处理直接得到M-Al2O3吸收层，薄膜制备工艺简便、设备要求低、成本低廉和对环境无污染，且制备的M-Al2O3太阳能光热转换吸收膜系的太阳能吸收率皆在0.9以上，可广泛用于太阳能光热转换领域的集热表面制备。
具体实施例
以下为本发明的具体实施案例，进一步描述本发明，但是本发明不仅限于此。
实施例 1
最佳实施例
1、取50mL无水乙醇，搅拌下依次加入4mL乙酰丙酮和11.6g六水硝酸镍，搅拌1h，获得0.8mol/L的镍溶胶。
2、取20mL 0.8mol/L的镍溶胶，搅拌下加入12mL无水乙醇，获得浓度为0.5mol/L的镍溶胶。
3、将8.2g异丙醇铝粉末加入50mL无水乙醇中，在搅拌下回流升温至70°C，继续搅拌回流1h，加入5mL乙酰丙酮及10.3mL HCl，搅拌回流3h，获得0.8mol/L的铝溶胶。
4、取20mL 0.8mol/L的铝溶胶，搅拌下加入12mL无水乙醇，获得浓度为0.5mol/L的铝溶胶。
5、室温下将10.4mL正硅酸乙酯加入10mL无水乙醇中混匀后，继续向其滴加3.6mL含0.06wt%HCl的水溶液，在密闭容器中搅拌24h后获得澄清透明的SiO2溶胶，往溶胶中加入76mL无水乙醇得到浓度为0.5mol/L的SiO2溶胶。
6、将0.8mol/L的镍溶胶和0.8mol/L的铝溶胶按摩尔比95:5混合，搅拌均匀后，获得镍含量为95%，浓度为0.8mol/L的Ni-Al2O3溶胶。
7、将0.5mol/L镍溶胶和0.5mol/L铝溶胶按摩尔比50:50混合，搅拌均匀后，获得镍含量为50%，浓度为0.5mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶。
8、将0.4mL镍含量为95%，浓度为0.8mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于磷酸溶液中超声处理后的35mm´35mm铝片上，待混合溶胶在铝片上完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5°C/min速率升温至600°C，恒温1h，自然冷却至300℃后取出，得到镍含量为95%的Ni-Al2O3吸收底层。
9、将0.4mL镍含量为50%，浓度为0.5mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于镍含量为95％的Ni-Al2O3吸收底层上，待混合溶胶完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5°C/min速率升温至600°C，恒温1h，自然冷却至300℃后取出，得到镍含量为50%的Ni-Al2O3吸收中间层。
10、 将0.4mL浓度为0.5mol/L的SiO2溶胶滴于镍含量为50%的Ni-Al2O3吸收中间层上，待溶胶完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5°C/min速率升温至550℃，恒温1h，自然冷却至300℃后取出，得到SiO2减反射层。
制备的Ni-Al2O3膜系表面色泽均匀，无微裂纹，其对太阳能的吸收率可达0.93。
实施例 2
1. 取50mL无水乙醇，搅拌下依次加入4mL乙酰丙酮和10.0g四水乙酸钴，搅拌1h，获得0.8mol/L的钴溶胶。
2. 取20mL 0.8mol/L的钴溶胶，搅拌下加入12mL无水乙醇，获得浓度为0.5mol/L的钴溶胶。
3. 将8.2g异丙醇铝粉末加入50mL无水乙醇中，在搅拌下回流升温至70°C，继续搅拌回流1h，加入5mL乙酰丙酮及10.3mLHCl，搅拌回流3h，获得0.8mol/L的铝溶胶。
4. 取20mL 0.8mol/L的铝溶胶，搅拌下加入12mL无水乙醇，获得浓度为0.5mol/L的铝溶胶。
5. 室温下将10.4mL正硅酸乙酯加入10mL无水乙醇中混匀后，继续向其滴加3.6mL含0.06wt%HCl的水溶液，在密闭容器中搅拌24h后获得澄清透明的SiO2溶胶，往溶胶中加入76mL无水乙醇得到浓度为0.5mol/L的SiO2溶胶。
6. 将0.8mol/L的钴溶胶和0.8mol/L的铝溶胶按摩尔比80:20混合，搅拌均匀后，获得钴含量为80%，浓度为0.8mol/L的Co-Al2O3溶胶。
7. 将0.5mol/L的钴溶胶和0.5mol/L的铝溶胶按摩尔比40:60混合，搅拌均匀后，获得钴含量为40%，浓度为0.5mol/L的Co-Al2O3混合溶胶。
8. 将0.4mL钴含量为80%，浓度为0.8mol/L的Co-Al2O3混合溶胶滴于处理后的35mm´35mm铝片上，待混合溶胶在铝片上完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5°C/min速率升温至600°C，恒温0.5h，自然冷却至300℃后取出，得到钴含量为80%的Co-Al2O3吸收底层。
9. 将0.4mL钴含量为40%，浓度为0.5mol/L的Co-Al2O3混合溶胶滴于钴含量为80％的Co-Al2O3吸收层底上，待混合溶胶完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5°C/min速率升温至600°C，恒温0.5h，自然冷却至300℃后取出，得到钴含量为40%的Co-Al2O3吸收中间层。
10. 将0.4mL浓度为0.5mol/L的SiO2溶胶滴于钴含量为40%的Co-Al2O3吸收底层上，待溶胶完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5°C/min速率升温至550℃，恒温2h，自然冷却至300℃后取出，得到SiO2减反射层。
制备的Co-Al2O3膜系表面色泽均匀，无微裂纹，其对太阳能的吸收率可达0.92。
实施例 3
1. 取50mL无水乙醇，搅拌下依次加入4mL乙酰丙酮和6.8g二水氯化铜，搅拌1h，获得0.8mol/L的铜溶胶。
2. 取20mL 0.8mol/L的铜溶胶，搅拌下加入12mL无水乙醇，获得浓度为0.5mol/L的铜溶胶。
3. 将8.2g异丙醇铝粉末加入50mL无水乙醇中，在搅拌下回流升温至70°C，继续搅拌回流1h，加入5mL乙酰丙酮及10.3mLHCl，搅拌回流3h，获得0.8mol/L的铝溶胶。
4. 取20mL 0.8mol/L的铝溶胶，搅拌下加入12mL无水乙醇，获得浓度为0.5mol/L的铝溶胶。。
5. 室温下将10.4mL正硅酸乙酯加入10mL无水乙醇中混匀后，继续向其滴加3.6mL含0.06wt%HCl的水溶液，在密闭容器中搅拌24h后获得澄清透明的SiO2溶胶，往溶胶中加入76mL无水乙醇得到浓度为0.5mol/L的SiO2溶胶。
6. 将0.8mol/L的铜溶胶和0.8mol/L的铝溶胶按摩尔比70:30混合，搅拌均匀后，获得铜含量为70%，浓度为0.8mol/L的Cu-Al2O3混合溶胶。
7. 将0.5mol/L的铜溶胶和0.5mol/L的铝溶胶按摩尔比20:80混合，搅拌均匀后，获得铜含量为20%，浓度为0.5mol/L的Cu-Al2O3混合溶胶。
8. 将0.4mL铜含量为70%，浓度为0.8mol/L的Cu-Al2O3混合溶胶滴于处理后的35mm´35mm铝片上，待混合溶胶在铝片上完全铺展后，以4000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5°C/min速率升温至600°C，恒温1h，自然冷却至300℃后取出，得到铜含量为70%的Cu-Al2O3吸收底层。
9. 将0.4mL铜含量为20%，浓度为0.5mol/L的Cu-Al2O3混合溶胶滴于铜含量为70％的Cu-Al2O3吸收层底上，待混合溶胶完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5°C/min速率升温至600°C，恒温1h，自然冷却至300℃后取出，得到铜含量为20%的Cu-Al2O3吸收中间层。
10. 将0.4mL浓度为0.5mol/L的SiO2溶胶滴于铜含量为20%的Cu-Al2O3吸收中间层上，待溶胶完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5°C/min速率升温至550℃，恒温3h，自然冷却至300℃后取出，得到SiO2减反射层。
制备的Cu-Al2O3膜系表面色泽均匀，无微裂纹，其对太阳能的吸收率可达0.91。
实施例 4
1. 取40mL无水丙醇，搅拌下依次加入1.5mL乙酰乙酸乙酯和9.3g六水硝酸镍，搅拌0.5h，获得0.8mol/L的镍溶胶。.
2. 取20mL 0.8mol/L的镍溶胶，搅拌下加入20mL无水丙醇，获得浓度为0.4mol/L的镍溶胶。
3. 将5.4g仲丁醇铝粉末加入40mL无水丙醇中，在搅拌下回流升温至50°C，继续搅拌回流0.5h，加入3.6mL乙酰乙酸乙酯及7.2mLHNO3，搅拌回流2.5h，获得0.8mol/L的铝溶胶。
4. 取20mL 0.8mol/L的铝溶胶，搅拌下加入20mL无水丙醇，获得浓度为0.4mol/L的铝溶胶。
5. 将0.8mol/L的镍溶胶和0.8mol/L的铝溶胶按摩尔比95:5混合，搅拌均匀后，获得镍含量为95%，浓度为0.8mol/L的Ni-Al2O3溶胶。
6. 将0.4mol/L的镍溶胶和0.4mol/L的铝溶胶按摩尔比70:30混合，搅拌均匀后，获得镍含量为70%，浓度为0.4mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶。
7. 将0.4mL镍含量为95%，浓度为0.8mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于处理后的35mm´35mm铝片上，待混合溶胶在铝片上完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以20°C/min速率升温至600°C，恒温0.5h，自然冷却至300℃后取出，得到镍含量为95%的Ni-Al2O3吸收底层。
8. 将0.4mL镍含量为70%，浓度为0.4mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于镍含量为95％的Ni-Al2O3吸收层底上，待混合溶胶完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以20°C/min速率升温至600°C，恒温0.5h，自然冷却至300℃后取出，得到镍含量为70%的Ni-Al2O3吸收中间层。
9. 将0.4mL浓度为0.4mol/L的铝溶胶滴于镍含量为70%的Ni-Al2O3吸收中间层上，待溶胶完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以20°C/min速率升温至600℃，恒温0.5h，自然冷却至300℃后取出，得到Al2O3减反射层。
制备的Ni-Al2O3膜系表面色泽均匀，无微裂纹，其对太阳能的吸收率可达0.90。
实施例 5
1、取60mL甲醇，搅拌下依次加入4mL三乙醇胺和14.0g六水硝酸镍，搅拌1h，获得0.8mol/L的镍溶胶。
2、取30mL 0.8mol/L的镍溶胶，搅拌下加入30mL甲醇，获得浓度为0.4mol/L的镍溶胶。
3、将18.0g九水硝酸铝粉末加入60mL甲醇中，在搅拌下回流升温至75°C，继续搅拌回流1h，加入6.3mL三乙醇胺及12.5mL HNO3，搅拌回流3.5h，获得0.8mol/L的铝溶胶。
4、取30mL 0.8mol/L的铝溶胶，搅拌下加入30mL甲醇，获得浓度为0.4mol/L的铝溶胶。。
5、室温下将17mL钛酸四正丁酯加入20mL甲醇中混匀后，继续向其滴加7.2mL含0.03wt%HCl的水溶液，在密闭容器中搅拌24h后获得澄清透明的TiO2溶胶，往溶胶中加入56mL甲醇得到浓度为0.5mol/L的TiO2溶胶。
6、将0.8mol/L的镍溶胶和0.8mol/L的铝溶胶按摩尔比95:5混合，搅拌均匀后，获得镍含量为95%，浓度为0.8mol/L的Ni-Al2O3溶胶。
7、将0.4mol/L的镍溶胶和0.4mol/L的铝溶胶按摩尔比50:50混合，搅拌均匀后，获得镍含量为50%，浓度为0.4mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶。
8、将0.4mL镍含量为95%，浓度为0.8mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于磷酸溶液中超声处理后的35mm´35mm铝片上，待混合溶胶在铝片上完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在90°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以50°C/min速率升温至550°C，恒温2h，自然冷却至300℃后取出，得到镍含量为95%的Ni-Al2O3吸收底层。
9、将0.4mL镍含量为50%，浓度为0.4mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于镍含量为95％的Ni-Al2O3吸收层上，待混合溶胶完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在90°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以50°C/min速率升温至550°C，恒温2h，自然冷却至300℃后取出，得到镍含量为50%的Ni-Al2O3吸收中间层。
10、 将0.4mL浓度为0.5mol/L的TiO2溶胶滴于镍含量为50%的Ni-Al2O3吸收中间层上，待溶胶完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5°C/min速率升温至550℃，恒温1h，自然冷却至300℃后取出，得到TiO2减反射层。
制备的Ni-Al2O3膜系表面色泽均匀，无微裂纹，其对太阳能的吸收率可达0.92。
实施例 6
1、取60mL异丙醇，搅拌下依次加入6g柠檬酸或柠檬酸铵和11.4g六水氯化镍，搅拌1.5h，获得0.8mol/L的镍溶胶。
2、取30mL 0.8mol/L的镍溶胶，搅拌下依次10mL异丙醇，获得浓度为0.6mol/L的镍溶胶。
3、将11.6g六水氯化铝粉末加入60mL异丙醇中，在搅拌下回流升温至80°C，继续搅拌回流1.5h，加入7g柠檬酸或柠檬酸铵及14mL高氯酸，搅拌回流3.5h，获得0.8mol/L的铝溶胶。
4、取30mL 0.8mol/L的铝溶胶，搅拌下依次10mL异丙醇，获得浓度为0.6mol/L的铝溶胶。。
5、室温下各取10.4mL正硅酸乙酯和17mL钛酸四正丁酯，分别加入12mL异丙醇中混匀后，继续分别滴加3.6mL含0.06wt%HCl的水溶液，在密闭容器中搅拌24h后分别获得澄清透明的SiO2和TiO2溶胶，往溶胶中分别加入74mL异丙醇得到浓度为0.5mol/L的SiO2和TiO2溶胶，将SiO2和TiO2按摩尔比7:3混合得到SiO2-TiO2溶胶。
4、将0.8mol/L的镍溶胶和0.8mol/L的铝溶胶按摩尔比95:5混合，搅拌均匀后，获得镍含量为95%，浓度为0.8mol/L的Ni-Al2O3溶胶。
5、将0.6mol/L的镍溶胶和0.6mol/L的铝溶胶按摩尔比50:50混合，搅拌均匀后，获得镍含量为50%，浓度为0.6mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶。
6、将0.4mL镍含量为95%，浓度为0.8mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于磷酸溶液中超声处理后的35mm´35mm铝片上，待混合溶胶在铝片上完全铺展后，以4000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5°C/min速率升温至600°C，恒温1h，自然冷却至300℃后取出，得到镍含量为95%的Ni-Al2O3吸收底层。
10、将0.4mL镍含量为50%，浓度为0.6mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于镍含量为95％的Ni-Al2O3吸收层上，待混合溶胶完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5°C/min速率升温至600°C，恒温1h，自然冷却至300℃后取出，得到镍含量为50%的Ni-Al2O3吸收中间层。
8、将0.4mL浓度为0.5mol/L的SiO2-TiO2溶胶滴于镍含量为50%的Ni-Al2O3吸收中间层上，待溶胶完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60°C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5°C/min速率升温至550℃，恒温1h，自然冷却至300℃后取出，得到SiO2-TiO2减反射层。
制备的Ni-Al2O3膜系表面色泽均匀，无微裂纹，其对太阳能的吸收率可达0.92。

Claims (9)

1.一种光热转换吸收膜系，其特征在于：所述光热转换吸收膜系为三层结构，由在金属基底上制备的两层成分渐变的氧化铝基吸收膜和减反射顶层构成；所述两层成分渐变的氧化铝基吸收膜以高金属含量的M-Al2O3混合溶胶制备吸收底层，中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶制备吸收中间层；所述的高金属含量的M-Al2O3混合溶胶中M的含量为70-95%；所述的中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶中M的含量为20-70%；所述M表示过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源；所述光热转换吸收膜系的溶胶凝胶制备如下：在极性有机溶剂中，以过渡金属无机盐或过渡金属有机盐、铝盐为金属源，在螯合剂和无机酸作用下分别制成过渡金属溶胶和铝溶胶，所述过渡金属溶胶即M溶胶由过渡金属无机盐或过渡金属有机盐与螯合剂混合制得，所述铝溶胶由铝盐、螯合剂与无机酸混合制得；然后将上述两种溶胶混合作为前驱液，在金属基底上制备两层成分渐变的氧化铝基吸收膜和减反射顶层构成了光热转换吸收膜系。
2.根据权利要求1所述的一种光热转换吸收膜系，其特征在于：所述极性有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、乙酸乙酯、丙酮、二甲基甲酰胺或乙腈。
3.根据权利要求1所述的一种光热转换吸收膜系，其特征在于：所述过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源为Ni、Co、Cu、Ag、Pt、Au、Pd、Fe中的一种。
4.根据权利要求3所述的一种光热转换吸收膜系，其特征在于：所述金属无机盐为硝酸盐、卤化盐、磷酸盐、硫酸盐或高氯酸盐，所述过渡金属有机盐为烷氧基盐或羧酸盐。
5.根据权利要求1所述的一种光热转换吸收膜系，其特征在于：所述铝盐为烷氧基铝、硝酸铝或三氯化铝。
6.根据权利要求1所述的一种光热转换吸收膜系，其特征在于：所述螯合剂为乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯、柠檬酸、柠檬酸铵或三乙醇胺。
7.根据权利要求1所述的一种光热转换吸收膜系，其特征在于：所述无机酸为盐酸、硝酸或高氯酸。
8.一种如权利要求1、2、3、4、5、6 或7所述光热转换吸收膜系的溶胶凝胶制备方法，其特征在于：所述制备方法具体步骤如下：
a) M溶胶的制备：取40-60mL极性有机溶剂，在搅拌条件下依次加入1.5-6mL螯合剂和6-14g过渡金属无机盐或过渡金属有机盐，继续搅拌0.5－1.5h直至获得澄清的M溶胶；所述M表示过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源；
b) 铝溶胶的制备：将5-18g铝盐粉末加入到40-60mL极性有机溶剂中，在搅拌下回流升温至50-80℃，继续搅拌回流0.5-1.5 h，加入3-7mL螯合剂及7-15mL无机酸，搅拌回流2.5-3.5h，至获得澄清透明的铝溶胶；
c) 减反射顶层溶胶的制备：减反射顶层溶胶包括SiO2溶胶、TiO2溶胶或SiO2-TiO2溶胶；
d) 将步骤a）的M溶胶和步骤b）的铝溶胶按金属摩尔比95:5-70:30混合，搅拌均匀后，得到高金属含量的M-Al2O3混合溶胶；
e) 分别取20-30mL步骤a）的M溶胶和步骤b）的铝溶胶，然后分别加入10-30mL极性有机溶剂稀释，将稀释后的M溶胶和铝溶胶按金属摩尔比70:30-20:80混合，搅拌均匀后，得到中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶；
f) 将高金属含量的M-Al2O3混合溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在金属基底上成膜，经干燥和惰性气氛下热处理得到高金属含量的M-Al2O3吸收底层；
g) 将中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在高金属含量的M-Al2O3吸收底层上成膜后，经干燥和惰性气氛下热处理得到中等金属含量的M-Al2O3吸收中间层；
h) 将减反射顶层溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在中等金属含量的M-Al2O3吸收中间层上成膜后，经干燥和惰性气氛下热处理得到减反射顶层，获得所述光热转换吸收膜系。
9.根据权利要求8所述的一种光热转换吸收膜系的制备方法，其特征在于：所述惰性气氛为N2；所述干燥的温度为50-90°C；所述热处理的升温速率为1°C/min-50°C/min，热处理的温度为500-600°C，热处理时间为0.5h-3h。
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