CN102734962B - 一种高稳定性的太阳能选择性吸热涂层 - Google Patents

一种高稳定性的太阳能选择性吸热涂层 Download PDF

Info

Publication number
CN102734962B
CN102734962B CN201210214527.5A CN201210214527A CN102734962B CN 102734962 B CN102734962 B CN 102734962B CN 201210214527 A CN201210214527 A CN 201210214527A CN 102734962 B CN102734962 B CN 102734962B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
solar
aluminium
coating layer
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.)
Active
Application number
CN201210214527.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102734962A (zh
Inventor
侯乃升
徐刚
熊斌
吕锡山
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.)
SICHUAN ZHONGKE BAIBO SOLAR ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
SICHUAN ZHONGKE BAIBO SOLAR ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
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 SICHUAN ZHONGKE BAIBO SOLAR ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical SICHUAN ZHONGKE BAIBO SOLAR ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201210214527.5A priority Critical patent/CN102734962B/zh
Publication of CN102734962A publication Critical patent/CN102734962A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102734962B publication Critical patent/CN102734962B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • 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
    • F24S70/25—Coatings made of metallic material
    • 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

本发明提供了一种在大气环境中具有高稳定性的太阳能中高温选择性吸热涂层。涂布在太阳能集热元件的基底上，本发明提出的高稳定性的太阳能选择性吸热涂层自基底向上由扩散阻隔层、Ag红外高反层、干涉吸收层组成，所述干涉吸收层由介质层和Al合金层组成复合结构。该涂层具有优异的热稳定性能、高的太阳能吸收率和低的热辐射率，工艺相对简单，适合大面积推广使用。

Description

一种高稳定性的太阳能选择性吸热涂层
技术领域
本发明属于太阳能热利用技术领域，特别涉及利用磁控溅射沉积技术制备的高稳定性的太阳能选择性吸热涂层。
技术背景
太阳能选择性吸热涂层是在太阳光谱范围（0.3~2.5微米）具有较高的吸收率α,在红外区域（2~50微米）具有低的发射率ε，它能把低能量密度的太阳能转换成高能量密度的热能，把太阳能收集起来，提高太阳能光热转换效率。
太阳能吸热涂层被应用到太阳能集热设备上，分为低温，中温和高温利用涂层。工作温度越高，其热转化效率也就越高，太阳能热利用朝中高温方向发展是必然的趋势。当今我国在中低温太阳能吸热涂层的制备方面已经具备成熟的技术。Al/AlN渐变涂层和SS-AlN干涉吸收涂层已经在真空管太阳能热水器领域大面积推广使用。但是在中高温热利用领域，我国在涂层制备方面技术仍不成熟，研制具有高温稳定性能的太阳能吸热涂层是太阳能热利用领域工作者努力的方向。
根据吸收太阳光的原理和膜层结构的不同，选择性吸收膜层的基本类型有半导体膜层；干涉膜层；多层渐变膜层；金属-陶瓷膜层；多孔膜层。
发明内容
本发明的目的是提供一种在大气环境中具有高稳定性的太阳能中高温选择性吸热涂层。
本发明提出的高稳定性的太阳能选择性吸热涂层，涂布在太阳能集热元件的基底上，其特征在于：自基底向上由扩散阻隔层、Ag红外高反层、干涉吸收层组成，所述干涉吸收层由介质层和Al合金层组成复合结构。
扩散阻隔层为Mo、W两种金属中的一种，厚度为30-100nm。其主要作用是在高温时，阻止基底中的元素向膜层扩散，防止膜层组成被破坏，从而提高膜层的高温稳定性能。
红外高反层由40-120nm的Ag层构成，其主要作用是提高涂层对红外的反射能力，从而具备涂层热辐射率。
干涉吸收层由介质层和金属合金交替形成，优选是外侧两层介质层和中间的Al合金层组成的三明治复合结构。最外层，即与大气接触的一层为介质层。其中介质为铝、硅的氧化物、氮化物和氮氧化物中的一种，其厚度为30-80nm；而Al合金层为铝镍、铝钛、铝铬、铝硅、铬镍、铝钛铬、铝镍铬、铝硅铬中的一种，厚度为10-30nm。
本发明采用磁控溅射技术制备各涂层，在清洗后的基底上依次制备上述顺序的涂层。介质层通过相应的金属靶与对应气氛反应溅射制备得到。
本发明涂层具有优异的热稳定性能、高的太阳能吸收率和低的热辐射率，工艺相对简单，适合大面积推广使用。
附图说明：
图1为本发明实施例1太阳能选择性吸收涂层的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。以下实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明。
实施例1
涂层采用磁控溅射的方法进行制备。溅射室中共有四种靶，分别为Mo靶、Ag靶、CrAl合金靶和Al靶。在清洗好的不锈钢基底上制备第一层扩散阻隔层Mo层，厚度为30nm，接着制备红外高反层Ag层，厚度为100nm。开始制备干涉吸收层，先制备介质层，通入氧气与Al反应溅射制备氧化铝介质层，厚度为40nm，再制备12nm的CrAl合金层，最后再通过反应溅射制备60nm的氧化铝介质层，至此，吸收涂层的制备完成。具体结构相见附图1所示。
将涂层至于400摄氏度大气环境中老化70小时后自然冷却。测试结果表明吸收率为0.94，发射率为0.06，涂层具有良好的热稳定性。
实施例2
涂层采用磁控溅射的方法进行制备。溅射室中共有四种靶，分别为Mo靶、Ag靶、AlTiCr合金靶和Al靶。在清洗好的不锈钢基底上制备第一层扩散阻隔层Mo层，厚度为55nm，接着制备红外高反层Ag层，厚度为120nm。开始制备干涉吸收层，先制备介质层，通入氧气与Al反应溅射制备氧化铝介质层，厚度为30nm，再制备18nm的AlTiCr合金层，再制备40nm的氧化铝介质层，制备25nm的AlTiCr合金层，最后再通过反应溅射制备68nm的氧化铝介质层，吸收涂层的制备完成。测试结果表明，涂层常温下吸收率为0.96，发射率为0.05.
实施例3
涂层采用磁控溅射的方法进行制备。溅射室中共有四种靶，分别为W靶、Ag靶、AlTi合金靶和Si靶。在清洗好的不锈钢基底上制备第一层扩散阻隔层W层，厚度为30nm，接着制备红外高反层Ag层，厚度为80nm。开始制备干涉吸收层，先制备介质层，通入氧气与Si反应溅射制备氧化硅介质层，厚度为33nm，再制备20nm的AlTi合金层，再制备45nm的氧化硅介质层，吸收涂层的制备完成。测试结果表明，涂层常温下吸收率为0.94，发射率为0.05.
实施例4
涂层采用磁控溅射的方法进行制备。溅射室中共有四种靶，分别为W靶、Ag靶、AlNi合金靶和Si靶。在清洗好的玻璃基底上制备第一层扩散阻隔层W层，厚度为70nm，接着制备红外高反层Ag层，厚度为45nm。开始制备干涉吸收层，先制备介质层，通入氧气与Si反应溅射制备氧化硅介质层，厚度为43nm，再制备25nm的AlNi合金层，再制备60nm的氧化硅介质层，吸收涂层的制备完成。测试结果表明，涂层常温下吸收率为0.96，发射率为0.05。经过500摄氏度大气环境中老化48小时后自然冷却。测试结果表明吸收率为0.93，发射率为0.07，涂层具有良好的热稳定性。
实施例5
涂层采用磁控溅射的方法进行制备。溅射室中共有四种靶，分别为W靶、Ag靶、AlSi合金靶和Al靶。在清洗好的玻璃基底上制备第一层扩散阻隔层Mo层，厚度为100nm，接着制备红外高反层Ag层，厚度为78nm。开始制备干涉吸收层，先制备介质层，通入氧气和氮气与Al反应溅射制备氮氧化铝介质层，厚度为80nm，再制备30nm的AlSi合金层，再制备80nm的氮氧化铝介质层，吸收涂层的制备完成。测试结果表明，涂层常温下吸收率为0.95，发射率为0.06。经过500摄氏度大气环境中老化48小时后自然冷却。测试结果表明吸收率为0.93，发射率为0.08，涂层热稳定性良好。

Claims (2)

1.一种太阳能选择性吸收涂层，涂布在太阳能集热元件的基底上，其特征在于：涂层自基底向上由扩散阻隔层、Ag红外高反层、干涉吸收层组成，所述干涉吸收层为外侧两层介质层和中间的Al合金层组成的三明治复合结构，所述介质层选自铝、硅的氧化物、氮化物和氮氧化物中的一种，其厚度为30-80nm，所述Al合金层选自铝镍、铝钛、铝铬、铝硅、铬镍、铝钛铬、铝镍铬、铝硅铬中的一种，厚度为10-30nm；所述的扩散阻隔层选自金属W、Mo两种金属中的一种，厚度为30-100nm。
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，所述的红外高反层由40-120nm的Ag层构成。
CN201210214527.5A 2012-06-26 2012-06-26 一种高稳定性的太阳能选择性吸热涂层 Active CN102734962B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210214527.5A CN102734962B (zh) 2012-06-26 2012-06-26 一种高稳定性的太阳能选择性吸热涂层

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210214527.5A CN102734962B (zh) 2012-06-26 2012-06-26 一种高稳定性的太阳能选择性吸热涂层

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102734962A CN102734962A (zh) 2012-10-17
CN102734962B true CN102734962B (zh) 2014-06-11

Family

ID=46990929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210214527.5A Active CN102734962B (zh) 2012-06-26 2012-06-26 一种高稳定性的太阳能选择性吸热涂层

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102734962B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5994569B2 (ja) * 2012-10-26 2016-09-21 株式会社豊田自動織機 熱変換部材及び熱変換積層体
CN103935075B (zh) * 2013-01-23 2018-07-03 深圳富泰宏精密工业有限公司 壳体及其制作方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101294749A (zh) * 2007-04-24 2008-10-29 梁美意 太阳能选择性吸收涂层的集热管及其制造方法
CN101922816A (zh) * 2010-07-14 2010-12-22 北京航空航天大学 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101294749A (zh) * 2007-04-24 2008-10-29 梁美意 太阳能选择性吸收涂层的集热管及其制造方法
CN101922816A (zh) * 2010-07-14 2010-12-22 北京航空航天大学 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102734962A (zh) 2012-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101922816B (zh) 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN101737982B (zh) 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN101876490B (zh) 一种太阳能中高温选择性吸热涂层
CN102734956B (zh) 一种太阳能中高温选择性吸热涂层
CN201373612Y (zh) 太阳能高温选择性吸收膜
CN102203024A (zh) 选择性太阳能吸收涂层及其制备方法
CN101818328B (zh) 多层复合太阳能选择性吸收镀层的制备方法
CN107314559B (zh) 光热转换涂层及其制备方法
CN201715767U (zh) 多层复合太阳能选择性吸收镀层
CN103625032A (zh) 一种中高温太阳能光热选择性吸收涂层
CN103808048A (zh) 一种高温太阳光谱选择性吸收涂层
JP2013529251A (ja) 熱吸収材を提供する方法
CN103029374A (zh) 一种中高温太阳能光热选择性吸收涂层
CN103105011B (zh) 适于中高温热利用的太阳能选择性吸收膜系及其制备方法
CN103317792B (zh) 非真空中高温太阳能选择性吸收周期涂层及其制备方法
CN102734962B (zh) 一种高稳定性的太阳能选择性吸热涂层
CN104279779A (zh) 一种金属氮化物太阳光谱选择性吸收涂层
CN202782003U (zh) 太阳选择性吸收涂层
CN103234293B (zh) 耐高温太阳能选择性吸收镀层及其制备方法
CN102734961A (zh) 一种太阳能中高温选择性吸收涂层
CN201652952U (zh) 太阳能集热管的内管
CN103032977A (zh) 一种中温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN102615878A (zh) 一种中高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN105568238A (zh) 具有太阳能选择性吸收薄膜膜系的制备方法
CN102954611B (zh) 中高温光谱选择性吸收涂层

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
PP01 Preservation of patent right
PP01 Preservation of patent right

Effective date of registration: 20230418

Granted publication date: 20140611