CN102260854A - 一种自洁太阳能高反射率纳米薄膜及制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种自洁太阳能高反射率纳米薄膜及制造方法，包括一基层，为不锈钢或有机玻璃，厚度0.3mm～1.2mm，其上为一过渡层,材料为铜或铬，厚度为20nm～50nm，其上为一反射层，反射层为银，其厚度为80nm～150nm，其上为一保护层，保护层为二氧化硅，其厚度为200nm～800nm，其上为一自洁层，自洁层为二氧化钛，其厚度为50nm～250nm。本发明的反射膜为银膜时，对太阳光的反射率为94%～97%，当反射膜为铝膜时，反射率为90%～92%，本发明不仅反射率高，而且具有的自清洁功能仅仅用水一冲就光亮如新，户外使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及一种反射光线的材料，特别是可以反射太阳光，聚集热能的材料，尤其涉及制造可弯曲的反射太阳光，聚集热能的材料及方法。
背景技术
现有技术中，太阳能作为取之不尽，用之不竭的能源，对其的利用已经成为人们公认的最为经济绿色能源，人们也竞相开展了太阳能发电、供热的研究。
然而提高太阳能转换效率一直是一个瓶颈。每提高转换效率一个百分点，都要付出巨大的代价和很长的研究时间。
在槽式聚光集热系统中，反射材料在太阳能热电装置，太阳能空调，太阳能锅炉、太阳灶等太阳能中高温应用系统中有着广泛的应用，高反射率的材料是提高上述过程太阳能利用率的关键。
如上所述，如何提高反射材料的反射效率，是众多研究者孜孜以求的目标。然而，每提高反射效率一个百分点，都要付出很大的代价和很长的研究时间，其研究和发展一直伴随整个太阳能利用的发展历程，至今，仍未有突破性进展。
现有技术中，在太阳能反射材料中，银，铝是最好的反射材料，其半球反射率分别达到了97%和92%。由于阳极氧化铝的成本较低，它是目前使用的最广泛的一种太阳能反射材料。银和阳极氧化铝的在空气中抗腐蚀性较差，它们如果没有玻璃、塑料薄膜和油漆的保护，在几个月时间内它的光学性能将严重下降，因此，它们经常被镀在玻璃、有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯；polymethylmethacrylate PMMA）、聚对苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate：PET，）等材料的背面。由于保护层的存在，银、铝反射材料的反射率大大降低，对银而言，目前实际应用中最好的反射率仅仅达到了90%。另外保护材料也带来了许多其它的问题，如玻璃在运输和使用时容易破碎，PMMA的价格相对较高，使用寿命短，而且当有水存在时，银和PMMA的粘着力不好。PET价格便宜，对紫外光有很好的稳定性，但是当温度超过110 ℃它的稳定性变得很差等，寻找反射率高，价格便宜，耐用的反射材料一直是人们研究的目标。
现有技术为了维持反射材料的反射率，必须定期进行清洗，清洗时，摩擦和清洗剂都会给反射材料的表面造成一定的损伤，不仅降低了其反射率，还缩短了其使用寿命，当前都是从提高材料的抗磨性和选择合适的清洗剂等方面的角度来进行改进，成本高效果差。
至今仍未见到反射率高、轻薄易弯曲、机械强度高、耐水、防灰尘的理想反射材料问世。
人们在期待一个突破。
发明内容
为了避开现有技术中存在的缺陷和不足之处，本发明提出一种自洁太阳能高反射率纳米薄膜及制造方法，本发明是反射率高、轻薄易弯曲、机械强度高、耐水、防灰尘的理想材料。
本发明克服人们在制造过程中的偏见，在构成薄膜多层之间，并不使用粘合剂，也不采用加热熔合的工艺，仅用真空吸附的方法将各层贴合在一起，就达到结合紧密成为一体的效果。
本发明是通过采用以下技术方案实现的。
实施一种自洁太阳能高反射率纳米薄膜的制造方法，所述方法包括如下步骤：
A、首先制备一层基层，为不锈钢或有机玻璃PMMA或有机玻璃PET，厚度0.3mm～1.2mm,将其表面用去污剂清洗，用蒸馏水水清洗，烘干1分钟，用细磨机磨2分钟，光洁度达到13级以上；
B、接下来，在基层上用铜或铬制备过渡层，方法是用磁控溅射沉积方式，铜或铬的靶尺寸为都为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；铜或铬的溅射功率都是40 W，溅射速率分别48.2 nm/min和43.6 nm/min,其厚度为20 nm～50 nm；
C、接下来，在过渡层之上制备反射层，方法是用磁控溅射沉积方式，反射层为银，银的靶尺寸为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；银的溅射功率是40 W，溅射速率为64.4 nm/min，其厚度为80～150 nm；
D、然后在反射层之上制备保护层，方法是用磁控溅射沉积方式，保护层为二氧化硅，二氧化硅的靶尺寸为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm，其溅射功率是280 W，溅射速率分别为9.1 nm/min，其厚度为200～800 nm；
E、然后在保护层之上制备自洁层，自洁层为二氧化钛，二氧化钛的靶尺寸为Ф60×3 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；采用射频磁控溅射法，其溅射功率是180 W，溅射速率5.3 nm/min，其厚度为50 nm～250 nm。
在步骤E中,所述自洁层溅射前先对二氧化钛靶材进行5min的预溅射，以除去靶表面残留的氧化物和污染物。
在第二方案中，反射层为铝膜，其厚度为100 nm～200nm。
在第三方案中，自洁层和保护层为二氧化硅、二氧化钛的混合膜,其厚度为200 nm～600nm,其二氧化钛在混合膜中的质量百分比为10～50%。
第四种方案：一种自洁太阳能高反射率纳米薄膜的制造方法，所述方法包括如下步骤：
A、首先制备一层基层，为不锈钢或有机玻璃PMMA或有机玻璃PET，厚度0.3mm～1.2mm,将其表面用去污剂清洗，用蒸馏水水清洗，烘干1分钟，用细磨机磨2分钟，光洁度达到13级以上；
B、接下来，在平板上用铜或铬制备过渡层，方法是用磁控溅射沉积方式，铜或铬的靶尺寸为都为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；铜或铬的溅射功率都是40 W，溅射速率分别48.2 nm/min和43.6 nm/min,其厚度为20 nm～50 nm，制成的薄膜备用；
C、接下来，在平板上制备反射层，方法是用磁控溅射沉积方式，反射层为银，银的靶尺寸为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；银的溅射功率是40 W，溅射速率为64.4 nm/min，其厚度为80～150 nm，制成的薄膜备用；
D、然后，在平板上制备保护层，方法是用磁控溅射沉积方式，保护层为二氧化硅，二氧化硅的靶尺寸为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm，其溅射功率是280 W，溅射速率分别为9.1 nm/min，其厚度为200～800 nm，制成的薄膜备用；
E、然后，在平板上制备自洁层，自洁层为二氧化钛，采用射频磁控溅射法，其溅射功率是180 W，溅射速率5.3 nm/min，二氧化钛的靶尺寸为Ф60×3 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；自洁层其厚度为50 nm～250 nm，制成的薄膜备用；
F、接下来，按基层、过渡层、反射层、保护层和自洁层顺序由下向上，逐层先将一边与下一层的一边贴合，然后逐步顺序增加贴合面积，直至该层贴合完毕；至最后一层。
根据上述方法所制造的自洁太阳能高反射率纳米薄膜，所述薄膜按顺序包括：
一基层，为不锈钢或有机玻璃PMMA或有机玻璃PET，厚度0.3mm～1.2mm，其上为
一过渡层, 材料为铜或铬厚度为20 nm～50 nm，其上为
一反射层，反射层为银，其厚度为80 nm～150 nm，其上为
一保护层，保护层为二氧化硅，其厚度为200 nm～800 nm，其上为
一自洁层，自洁层为二氧化钛，其厚度为50 nm～250 nm；
所述的基层、过渡层、反射层、保护层和自洁层的表面光洁度均达到13级以上，各层之间用真空吸附方法结合。
所述反射层可以为为铝膜，其厚度为100 nm～200nm。
所述自洁层和保护层可以为二氧化硅、二氧化钛的混合膜,其厚度为200 nm～600nm,其二氧化钛在混合膜中的质量百分比为10～50%。
由于二氧化钛具有光催化和超亲水性双重特性，在本发明中作为自清洁材料使用，从而使本发明的各种物理指标大大提高。
本发明的反射膜为银膜时，对太阳光的反射率为94%～97%，当反射膜为铝膜时，反射率为90%～92%，提高了好几个百分点。
本发明不仅反射率高，而且具有自清洁功能，仅仅用水一冲就光亮如新，具有很长的户外使用寿命，按照长周期使用计算，即节省了成本，也节约了维护费用，减少了环境污染。
附图说明
图1是本发明的一种自洁太阳能高反射率纳米薄膜示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施方式对本发明作进一步详细描述：
实施一种自洁太阳能高反射率纳米薄膜的制造方法，所述方法包括如下步骤：
A、首先制备一层基层，为不锈钢或有机玻璃PMMA或有机玻璃PET，厚度0.3mm～1.2mm,将其表面用去污剂清洗，用蒸馏水水清洗，烘干1分钟，用细磨机磨2分钟，光洁度达到13级以上；
B、接下来，在基层上用铜或铬制备过渡层，方法是用磁控溅射沉积方式，铜或铬的靶尺寸为都为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；铜或铬的溅射功率都是40 W，溅射速率分别48.2 nm/min和43.6 nm/min,其厚度为20 nm～50 nm；
C、接下来，在过渡层之上制备反射层，方法是用磁控溅射沉积方式，反射层为银，银的靶尺寸为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；银的溅射功率是40 W，溅射速率为64.4 nm/min，其厚度为80～150 nm；
D、然后在反射层之上制备保护层，方法是用磁控溅射沉积方式，保护层为二氧化硅，二氧化硅的靶尺寸为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm，其溅射功率是280 W，溅射速率分别为9.1 nm/min，其厚度为200～800 nm；
E、然后在保护层之上制备自洁层，自洁层为二氧化钛，采用射频磁控溅射法，二氧化钛的靶尺寸为Ф60×3 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；其溅射功率是180 W，溅射速率5.3 nm/min，其厚度为50 nm～250 nm。
在步骤E中,所述自洁层溅射前先对二氧化钛靶材进行5min的预溅射，以除去靶表面残留的氧化物和污染物。
反射层可以为铝膜，其厚度为100 nm～200nm；
自洁层和保护层可以为二氧化硅、二氧化钛的混合膜,其厚度为200 nm～600nm,其二氧化钛在混合膜中的质量百分比为10～50%。
再一种自洁太阳能高反射率纳米薄膜的制造方法，所述方法包括如下步骤：
A、首先制备一层基层，为不锈钢或有机玻璃PMMA或有机玻璃PET，厚度0.3mm～1.2mm,将其表面用去污剂清洗，用蒸馏水水清洗，烘干1分钟，用细磨机磨2分钟，光洁度达到13级以上；
B、接下来，在平板上用铜或铬制备过渡层，方法是用磁控溅射沉积方式，铜或铬的靶尺寸为都为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；铜或铬的溅射功率都是40 W，溅射速率分别48.2 nm/min和43.6 nm/min,其厚度为20 nm～50 nm，制成的薄膜备用；
C、接下来，在平板上制备反射层，方法是用磁控溅射沉积方式，反射层为银，银的靶尺寸为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；银的溅射功率是40 W，溅射速率为64.4 nm/min，其厚度为80～150 nm，制成的薄膜备用；
D、然后，在平板上制备保护层，方法是用磁控溅射沉积方式，保护层为二氧化硅，二氧化硅的靶尺寸为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm，其溅射功率是280 W，溅射速率分别为9.1 nm/min，其厚度为200～800 nm，制成的薄膜备用；
E、然后，在平板上制备自洁层，自洁层为二氧化钛，采用射频磁控溅射法，二氧化钛的靶尺寸为Ф60×3 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；其溅射功率是180 W，溅射速率5.3 nm/min，其厚度为50 nm～250 nm，制成的薄膜备用；
F、接下来，按基层、过渡层、反射层、保护层和自洁层顺序由下向上，逐层先将一边与下一层的一边贴合，然后逐步顺序增加贴合面积，直至该层贴合完毕；至最后一层。
用上述方法制造的一种自洁太阳能高反射率纳米薄膜如图1所示，所述薄膜按顺序包括：
一基层1，为不锈钢或有机玻璃PMMA或有机玻璃PET，厚度0.3mm～1.2mm，其上为
一过渡层2, 材料为铜或铬厚度为20 nm～50 nm，其上为
一反射层3，反射层3为银，其厚度为80 nm～150 nm，其上为
一保护层4，保护层4为二氧化硅，其厚度为200 nm～800 nm，其上为
一自洁层5，自洁层5为二氧化钛，其厚度为50 nm～250 nm；
所述的基层1、过渡层2、反射层3、保护层4和自洁层5的表面光洁度均达到13级以上，各层之间用真空吸附方法结合。
所述反射层3可以为铝膜，其厚度为100 nm～200nm。
自洁层5和保护层4可以为二氧化硅、二氧化钛的混合膜,其厚度为200 nm～600nm,其二氧化钛在混合膜中的质量百分比为10～50%。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种自洁太阳能高反射率纳米薄膜的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
A、首先制备一层基层，为不锈钢或有机玻璃PMMA或有机玻璃PET，厚度0.3mm～1.2mm,将其表面用去污剂清洗，用蒸馏水水清洗，烘干1分钟，用细磨机磨2分钟，光洁度达到13级以上；
B、接下来，在基层上用铜或铬制备过渡层，方法是用磁控溅射沉积方式，铜或铬的靶尺寸为都为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；铜或铬的溅射功率都是40 W，溅射速率分别48.2 nm/min和43.6 nm/min,其厚度为20 nm～50 nm；
C、接下来，在过渡层之上制备反射层，方法是用磁控溅射沉积方式，反射层为银，银的靶尺寸为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；银的溅射功率是40 W，溅射速率为64.4 nm/min，其厚度为80～150 nm；
D、然后在反射层之上制备保护层，方法是用磁控溅射沉积方式，保护层为二氧化硅，二氧化硅的靶尺寸为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm，其溅射功率是280 W，溅射速率分别为9.1 nm/min，其厚度为200～800 nm；
E、然后在保护层之上制备自洁层，自洁层为二氧化钛，二氧化钛的靶尺寸为Ф60×3 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；采用射频磁控溅射法，其溅射功率是180 W，溅射速率5.3 nm/min，其厚度为50 nm～250 nm。
2.根据权利要求1所述的自洁太阳能高反射率纳米薄膜的制造方法，其特征在于：
在步骤E中,所述自洁层溅射前先对二氧化钛靶材进行5min的预溅射，以除去靶表面残留的氧化物和污染物。
3.根据权利要求1所述的自洁太阳能高反射率纳米薄膜的制造方法，其特征在于：反射层为铝膜，其厚度为100 nm～200nm。
4.根据权利要求1所述的自洁太阳能高反射率纳米薄膜的制造方法，其特征在于：自洁层和保护层为二氧化硅、二氧化钛的混合膜,其厚度为200 nm～600nm,其二氧化钛在混合膜中的质量百分比为10～50%。
5.一种自洁太阳能高反射率纳米薄膜的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
A、首先制备一层基层，为不锈钢或有机玻璃PMMA或有机玻璃PET，厚度0.3mm～1.2mm,将其表面用去污剂清洗，用蒸馏水水清洗，烘干1分钟，用细磨机磨2分钟，光洁度达到13级以上；
B、接下来，在平板上用铜或铬制备过渡层，方法是用磁控溅射沉积方式，铜或铬的靶尺寸为都为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；铜或铬的溅射功率都是40 W，溅射速率分别48.2 nm/min和43.6 nm/min,其厚度为20 nm～50 nm，制成的薄膜备用；
C、接下来，在平板上制备反射层，方法是用磁控溅射沉积方式，反射层为银，银的靶尺寸为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；银的溅射功率是40 W，溅射速率为64.4 nm/min，其厚度为80～150 nm，制成的薄膜备用；
D、然后，在平板上制备保护层，方法是用磁控溅射沉积方式，保护层为二氧化硅，二氧化硅的靶尺寸为Ф60×5 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm，其溅射功率是280 W，溅射速率为9.1 nm/min，其厚度为200～800 nm，制成的薄膜备用；
E、然后，在平板上制备自洁层，自洁层为二氧化钛，采用射频磁控溅射法，其溅射功率是180 W，溅射速率5.3 nm/min，二氧化钛的靶尺寸为Ф60×3 mm，纯度为99.99%，溅射气体为99.999%高纯氩，本底真空度为6.1×10-4 Pa，工作压力设为0.7 Pa，靶基距固定在75 mm，氩的流量为22 sccm；自洁层厚度为50 nm～250 nm，制成的薄膜备用；
F、接下来，按基层、过渡层、反射层、保护层和自洁层顺序由下向上，逐层先将一边与下一层的一边贴合，然后逐步顺序增加贴合面积，直至该层贴合完毕；至最后一层。
6.一种自洁太阳能高反射率纳米薄膜，其特征在于，所述薄膜按顺序包括：
一基层，为不锈钢或有机玻璃PMMA或有机玻璃PET，厚度0.3mm～1.2mm，其上为
一过渡层, 材料为铜或铬厚度为20 nm～50 nm，其上为
一反射层，反射层为银，其厚度为80 nm～150 nm，其上为
一保护层，保护层为二氧化硅，其厚度为200 nm～800 nm，其上为
一自洁层，自洁层为二氧化钛，其厚度为50 nm～250 nm；
所述的基层、过渡层、反射层、保护层和自洁层的表面光洁度均达到13级以上，各层之间用真空吸附方法结合。
7.根据权利要求6所述的自洁太阳能高反射率纳米薄膜，其特征在于：
所述反射层为铝膜，其厚度为100 nm～200nm。
8.根据权利要求6所述的自洁太阳能高反射率纳米薄膜，其特征在于：
自洁层和保护层为二氧化硅、二氧化钛的混合膜,其厚度为200 nm～600nm,其二氧化钛在混合膜中的质量百分比为10～50%。
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