CN103547871A - 太阳能吸热器材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能吸热器材料(10)，其包括：用于吸收太阳光的多层结构(30)；用于从所述多层结构(30)导热的金属基底(20)，其中所述多层结构(30)从所述基底(20)依次至少包括：第一层(100)Al₂O₃；第二层(200)Mo；第三层(300)Al₂O₃；最上层(700)SiO₂。

Description

太阳能吸热器材料

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的太阳能吸热器材料。

背景技术

通常将太阳能吸热器用于家庭应用中以将太阳光转化成热。这些吸收器因为典型的工作温度低于400℃而通常被称为“低温平板吸收器”。太阳能吸热器通常包含导热金属例如铜、钢或铝的板状基底。将流体导管连接于金属板的一侧，即其内侧，而板的外侧涂布有薄的深色表面涂层。深色涂层的性质使得涂层反射非常少的入射太阳光。因此，当深色表面涂层曝露于太阳光时，其会从太阳光吸热且从而加热金属板。热从金属板转移至在板后侧的管中循环的流体例如水中。经过加热的流体可用于各种家庭加热应用例如自来水加热。通常将这种类型的太阳能吸热器封闭在包括透明窗的盒状防护罩中且布置在建筑物的屋顶上。

在已知的太阳能吸热器材料中，深色涂层为从基底依次具有Al₂O₃、SiO₂、Mo、SiO₂、Mo、SiO₂层的多层结构。将该多层结构施加至铜、不锈钢或铝的金属带基底上。

虽然证明是有效的，但是这种已知类型的太阳能吸热器材料不定期地显示出针对高温的低耐受性和潮气诱导性腐蚀。例如，已在具有上述多层结构的基于铜基底的太阳能吸收器上出现潮气诱导性腐蚀。基于铝基底的上述类型的太阳能吸收器的耐腐蚀性稍好于包括铜基底的太阳能吸收器，但不具有令人满意的耐热性。因此，当上述类型的太阳能吸收器长期暴露于温暖且潮湿的气候条件时，吸收器的性质倾向于劣化，从而缩短吸收器的使用寿命。

因此，本发明的目的在于提供耐热且耐腐蚀的太阳能吸热器材料。发明内容

所述目的通过如下的太阳能吸热器材料而实现，该太阳能吸热器材料包括：

用于吸收太阳光的多层结构；

用于从所述多层结构导热的金属基底，

其特征在于所述多层结构从所述基底依次至少包括：

第一层Al₂O₃；

第二层M_o；

第三层Al₂O₃；

第四层即最高层SiO₂。

本发明的太阳能吸热器材料对潮气诱导性腐蚀和高温具有极高耐受性。

太阳能吸收器材料的“耐热性”一般来说是材料在如下情况下耐受高温的能力：不损失其蓄热能力，或不具有层结构裂缝，或不从基底分层。

在本发明的太阳能吸热器材料中，耐热性以及在一定程度上对潮气诱导性腐蚀的耐受性被认为会受以下事实的影响：氧化铝（Al₂O₃）和钼（Mo）的交替层具有相似的热膨胀系数。

当本发明的吸收器材料被加热时，Al₂O₃和Mo的层均匀膨胀并且基本上不会在层结构中形成应变或张力，否则所述应变或张力将导致层结构破裂和从基底分层。

太阳能吸收器中的腐蚀通常是由太阳能吸收器周围空气中的潮气所引起，所述潮气向下穿过多层结构到达金属基底并于其上形成氧化物/氢氧化物。该氧化物/氢氧化物使多层结构和基底之间的胶粘性劣化，从而引起多层结构从基底分层。

本发明材料的高耐腐蚀性被认为是由以下因素所引起的：

如上所述，本发明材料中Al₂O₃和Mo的交替层具有相似的热膨胀系数。当这些层被加热时，其均匀膨胀且因此在层结构中避免了应变和张力，否则所述应变和张力可导致裂缝，而潮气可通过所述裂缝向下渗透至基底。

本发明的多层结构的最外层是SiO₂层。SiO₂层被认为吸收潮气且因此防止潮气穿过下面的Al₂O₃层和Mo层到达金属基底的表面。尽管SiO₂的热膨胀系数不同于Mo和Al₂O₃的热膨胀系数，但是当结构被加热时，在多层结构中不会积聚张力，这是因为SiO₂层是最外层。

在本发明的多层结构中，重要的是，将最外的SiO₂层直接施加于下面的Al₂O₃层上。其原因在于SiO₂和Al₂O₃具有相似的折射率。因此，SiO₂层不会负面影响多层结构的光学性质、即吸收率/发射率之比至显著的程度。否则，如果将SiO₂层施加于不同于Al₂O₃的另一层例如Mo上，那么可能就已经是这种负面影响至显著程度的情况。

根据一个实施方式，上文定义的多层结构包括：

厚度为28-89nm的第一层(100)Al₂O₃；

厚度为16-30nm的第二层(200)Mo；

厚度为39-74nm的第三层(300)Al₂O₃；

厚度为39-74nm的最上层(700)SiO₂；

其中选择所述层的厚度使得吸收率/发射率之比≥80/≤20。

根据第一优选实施方式，所述多层结构具有以下构造，优选具有所示的层厚度：

厚度为10-240nm的第一层Al₂O₃；

厚度为8-120nm的第二层Mo；

厚度为25-105nm的第三层Al₂O₃；

厚度为3-60nm的第四层Mo；

厚度为15-100nm的第五层Al₂O₃；

厚度为10-160nm的第六层即最上层SiO₂，其中在所指定区间中选择每一层的厚度，以使得所述太阳能吸热器材料的吸收率/发射率之比>90%/<10%。

所述的本发明多层结构包括很多层，总共五个交替的Al₂O₃层和Mo层以及第六层SiO₂。层数高因以下原因而对耐腐蚀性具有积极作用：

在多层结构中，每个单独层中的缺陷例如晶界或微裂可以排列起来并且形成通过层结构的潮气通道。然而，在单独层中缺陷排列起来以形成通道的概率随着结构中单独层数目增大而减小。换言之，在一层中的缺陷被相邻层密封。

为了在本发明多层结构中在不损害吸收器光学性质的情况下实现甚至更多的层数，可通过两个彼此相邻施加的单独Al₂O₃层形成最中间的Al₂O₃层。其作用在于在多层结构中实现很多个层，从而针对潮气渗透提供良好的保护。然而，从光学观点来看，两个相邻Al₂O₃层仅构成一个Al₂O₃层且因此不改变太阳能热学材料的光学性质。

因此优选地，所述多层结构具有以下构造，优选具有所示的层厚度：

厚度为10-240nm的第一层Al₂O₃；

厚度为8-120nm的第二层Mo；

第三层Al₂O₃；

第四层Al₂O₃；

其中所述第三层和第四层的总厚度为25-105nm；

厚度为3-60nm的第五层Mo；

厚度为15-100nm的第六层Al₂O₃；

厚度为10-160nm的第七层即最上层SiO₂，

其中在所指定区间中选择每一层的厚度，以使得所述太阳能吸热器材料的吸收率/发射率之比>90%/<10%。

为了进一步最小化或甚至消除SiO₂层对多层结构光学性质的影响，优选彼此调适SiO₂层和下面的Al₂O₃层的厚度。如上文所提及的，Al₂O₃和SiO₂的折射率相似。然而，对于所有波长，Al₂O₃的折射率都稍高于SiO₂的折射率。为了补偿这种差异，SiO₂层应优选地比Al₂O₃层厚。因为Al₂O₃和SiO₂的比折射率随波长而变化，所以所述层厚度之间的精确关系必须由本领域技术人员测定。例如，如果SiO₂层的厚度为50nm，那么下面的Al₂O₃层的厚度应为45nm，以维持太阳能吸热器材料的期望的光学性质。

为了实现非常好的耐腐蚀性，可在多层结构中设置厚层。然而应限制所述层的最大厚度以防止热膨胀在多层结构中引起张力和应变。如果层结构的总厚度变得太大，那么光学性质即吸收率和发射率也将劣化。如果多层结构的总厚度超过300nm，那么较少的光将从基底反射回至多层结构中，且因此发射率将增大并且吸收率将减小。

可将本发明多层结构中的所述层或一些层制得非常薄。其优势在于获得吸收率和发射率之间的良好平衡。然而，难以实现非常薄的粘结层，且因此应限制所述层的最小厚度，以保证本发明多层结构的所有层都是完整的并且完全封闭的接合薄膜。

根据第三优选实施方式，本发明多层结构中的层可具有以下厚度：

第一层Al₂O₃，厚度为45-100nm；

第二层Mo，厚度为15-33nm；

第三层和第四层(400)Al₂O₃，总厚度为38-83nm；

第五层Mo，厚度为8-16nm；

第六层Al₂O₃，厚度为34-75nm；

第七层SiO₂，厚度为38-83nm。

包括这种多层结构的太阳能吸热器材料具有稳固的粘结多层结构，其提供良好的耐腐蚀性和良好的热稳定性。

可选择多层结构中Mo层的厚度使得第一Mo层是第二Mo层的两倍厚。从而在层结构中获得向表面具有低金属分数的梯度。出于以下原因，优选具有贯穿层结构的金属梯度：太阳能吸收器材料应吸收尽可能多的太阳光，且因此优选其总共含有高分数的金属。然而，在接近太阳能吸收器的表面处，金属分数应该低，以不影响该层结构的折射率。

优选地，选择所述可选方案的层的厚度以使得：

第一层Al₂O₃的厚度为60nm；

第二层Mo的厚度为12-42nm；

第三层和第四层Al₂O₃的总厚度为50nm；

第五层Mo的厚度为6-21nm；

第六层Al₂O₃的厚度为45nm；

第七层SiO₂的厚度为50nm。

根据第四优选实施方式，所述太阳能吸热器材料包括具有以下层厚度的多层结构：

第一层Al₂O₃的厚度为60nm；

第二层Mo的厚度为20nm；

第三层和第四层Al₂O₃的总厚度为50nm；

第五层Mo的厚度为10nm；

第六层Al₂O₃的厚度为75nm；

第七层SiO₂的厚度为50nm。

第六层Al₂O₃的厚度优选为45nm。

本发明太阳能吸热器的金属基底优选选自铜带、铝带或不锈钢带。这些材料具有良好的热导率且因此适用于太阳能吸热器中。铜带和铝带还显示出足够的反射率性质，其对于在本发明太阳能吸收器材料中提供低发射率性质是必需的。

附图说明

图1：经过根据优选实施方式的本发明太阳能吸热器材料的截面的示意图。

图2a和图2b示出热处理的G2SS SiO₂、G2Cu SiO₂样品和未处理的参比样品G2SS SiO₂参比、G2SS SiO₂参比的反射率响应。

图3a和图3b示出在对样品G2SS SiO₂、G2Cu SiO₂和参比样品G2SS SiO₂参比、G2SS SiO₂参比和样品G2Cu/SS进行热处理后的吸收率α_S和发射率ε_t。

图3c示出图3a和图3b的热处理样品的性能判据。

图4a示出经受冷凝处理的G2SS SiO₂样品和未处理的参比样品G2SS SiO₂参比的反射率响应。

图4b示出与图4a中的样品具有相同多层结构但没有SiO₂层的G2SS样品在冷凝处理之后的反射率响应。图4b还示出未处理的参比样品G2SS参比的反射率响应。

图4c示出经受冷凝处理的G2Cu SiO₂样品和未处理的参比样品G2Cu SiO₂参比的反射率响应。

图4d示出与图4c中的样品具有相同多层结构但没有SiO₂层的G2Cu样品在冷凝处理之后的反射率响应。图4d还示出未处理的参比样品G2Cu参比的反射率响应。

图5a和图5b示出在对样品G2SS SiO₂、G2Cu SiO₂和参比样品G2SS SiO₂参比、G2SS SiO₂参比和样品G2Cu/SS进行冷凝试验后的吸收率α_S和发射率ε_t。

图5_c示出经受冷凝试验的图5_a和5b样品的性能判据。

具体实施方式

图1示出根据优选实施方式的本发明太阳能吸热器材料。太阳能吸热器材料10包括基底20，所述基底20由金属材料带构成，该金属材料优选地是铜、铝或不锈钢，例如15R10类。基底20的厚度可为0.1-0.4mm，并且调适其长度和宽度以适于实际应用。

将多层结构30施加至所述基底。该多层结构具有以下构造：最接近基底的是氧化铝（Al₂O₃）层100，接着是钼（Mo）的第二层200，其上施加Al₂O₃的第三层300和第四层400。此后，所述多层包括Mo的第五层500、Al₂O₃的第六层600和SiO₂的第七层700、最外层。

通过使用物理气相沉积（PVD），以卷对卷式方法，用Al₂O₃层、Mo层和SiO₂层涂布带材，以制造本发明的太阳能吸热器材料。优选地，对带材的表面进行离子蚀刻，然后进行涂布，以在多层结构和带材的表面之间提供良好的粘合。

优选地，本发明太阳能吸收器材料中各层的厚度应为：Al₂O₃层100：10-240nm；Mo层200：8-120nm；Al₂O₃层300：25-50nm；Al₂O₃层400：25-50；Mo层500：3-60；Al₂O₃层600：15-45nm；SiO₂层700：10-50nm。

应在所指定区间内选择每个单独层的厚度，以使得对于所选基底，所述太阳能吸热器材料的吸收率/发射率之比≥90%/≤10%。

所述太阳能吸收器的吸收率/发射率之间的比率是对太阳能吸收器热效率的度量。期望具有尽可能高的吸收率，因为尽可能多的太阳光应被吸收并作为热转移至基底。然而在运行中，太阳能吸收器变热并且开始辐射热。将辐射的热测量为发射率，并且可将其视作从太阳能吸收器的热损失。普遍接受的是，有效的商业太阳能吸收器在其工作温度下的吸收率/发射率之比应≥90%/≤10%。然而，吸收率/发射率之比≥80%/≤20%的太阳能吸热器也是完全可用的。

认为吸收率/发射率之比受个别层中材料以及基底红外性质的影响。例如，层结构中高分数的金属对吸收率具有积极作用。虽然不能得到解释，但是进一步认为个别层的厚度对于太阳能吸收器材料的吸收率/发射率之比也具有重要性。

从使用光谱软件公司（Software Specta Inc.）的计算机程序TS-CalcThinfilm进行的模拟，确定根据上述实施方式的本发明太阳能吸收器材料的个别层厚度。在模拟中，将初始层结构输入程序中。初始层结构具有以下厚度：

Al₂O₃层1：60nm；Mo层2：20nm；Al₂O₃层3和层4：总计50nm；Mo层5：10nm；Al₂O₃层6：45nm；SiO₂层7：50nm。

此后，改变每个单独层的厚度，以确定在维持吸收率/发射率之比≥90%/≤10%的条件下每层的最大厚度和最小厚度。表1示出模拟结果。

层1	层2	层3/4	层5	层6	层7
							Al2O3	Mo	Al2O3/Al2O3	Mo	Al2O3	SiO2	吸收率/发射率
240	20	50	10	45	50	≥90%/≤10%
							10	20	50	10	45	50	≥90%/≤10%
60	120	50	10	45	50	≥90%/≤10%
							60	8	50	10	45	50	≥90%/≤10%
60	20	105	10	45	50	≥90%/≤10%
							60	20	25	10	45	50	≥90%/≤10%
60	20	50	20	45	50	≥90%/≤10%
							60	20	50	3	45	50	≥90%/≤10%
60	20	50	10	100	50	≥90%/≤10%
							60	20	50	10	15	50	≥90%/≤10%
60	20	50	10	45	160	≥90%/≤10%
							60	20	50	10	45	10	≥90%/≤10%

表1：在TS-Calc中对七层结构的模拟结果

在上述实施方式中，所述层结构具有六层Al₂O₃和Mo以及第七层SiO₂。然而，TS-Calc中的模拟已示出，可以用具有第一层100Al₂O₃、第二层200Mo、第三层300Al₂O₃和最上层SiO₂的多层结构实现吸收率/发射率之比≥80%/≤20%的功能性太阳能吸热器。如上所述，用以下的开始结构进行模拟：

Al₂O₃层1：60nm；Mo层2：20nm；Al₂O₃层3：50nm；以及SiO₂最外层：50nm。

在吸收率/发射率之比应≥80%/≤20%的条件下改变所述层。表2示出模拟结果。

层1	层2	层3	层4	吸收率/发射率
					Al2O3	Mo	Al2O3	SiO2	≥80%/≤20%
28	16	39	39	≥80%/≤20%
					36	16	41	41	≥80%/≤20%
44	17	42	43	≥80%/≤20%
					51	18	45	45	≥80%/≤20%
57	19	48	48	≥80%/≤20%
					63	21	53	53	≥80%/≤20%
66	22	55	55	≥80%/≤20%
					69	23	58	58	≥80%/≤20%
73	24	61	61	≥80%/≤20%
					77	26	64	64	≥80%/≤20%
80	27	67	67	≥80%/≤20%
					84	28	70	70	≥80%/≤20%
89	30	74	74	≥80%/≤20%

表2：在TS-Calc中对三层结构的模拟结果。

已经公开上文的特定的层厚度，其产生具有可接受的吸收率/发射率之比的太阳能吸热器。然而，对本领域普通技术人员显而易见的是，在规定的范围内，可以确定适于太阳能吸热器特定类型应用的其它层厚度。本领域普通技术人员可以通过如上所述进行模拟或通过如下述进行实际实验确定这些值。

实施例的描述

将在下文中参照已经对本发明太阳能热材料样品进行的试验详述本发明太阳能吸热器材料。

通过用本发明多层结构在卷对卷式PVD涂布线中涂布15R10型不锈钢（SS）和铜（Cu）的带状基底，以制造本发明的太阳能吸热器材料的样品。将这些样品命名为G2SS SiO₂和G2Cu SiO₂。如下为多层结构的个别层的目标厚度（从基底开始）：Al₂O₃（60nm）、Mo（20nm）、Al₂O₃（25nm）、Al₂O₃（25nm）、Mo（10nm）、Al₂O₃（75nm）和最终的SiO₂（50nm）。

为了确定SiO₂层的作用，制造两组样品G2Cu和G2SS。这些样品具有上述层结构但没有SiO₂层。用SEM（扫描电子显微镜）测定该层的厚度。表3示出所制造样品的全集。

表3：试验样品

保留每种材料的一些样品作为参比材料。在下文中将这些材料称为G2SS SiO₂参比、G2Cu SiO₂参比和G2SS参比、G2Cu参比。这些样品不进行任何处理。

对每种材料的其它样品分别进行耐热试验和冷凝试验。耐热试验和冷凝试验模拟了对样品的化学特性和光学性质的加速气候影响。因此，这些试验是对材料长时间段耐热和耐腐蚀能力的良好度量。

耐热试验

耐热试验是对本发明太阳能吸热器材料的耐高温能力的度量。在耐热试验中，将每一类型的样品（G2SS SiO₂、G2Cu SiO₂和G2SS、G2Cu）置于240℃（Cu）和300℃（SS）的封闭炉（含有非循环性热空气）中。根据如下经验选择Cu的降低温度，该经验表明与SS相比，Cu耐热性通常较低。将所有样品都处理192小时的持续时间。

冷凝试验

冷凝试验是对本发明太阳能吸热器材料的耐腐蚀性的度量。在冷凝试验中，将每一类型（G2SS SiO₂、G2Cu SiO₂和G2SS、G2Cu）的样品保持在保持在95℃下沸水罐（市政供水，未去离子）中的水表面上方～5cm处。水蒸汽在约45℃的样品温度下冷凝于样品上。处理时间是30分钟、60分钟和120分钟。

光学表征方法

在热处理和冷凝试验之后，测定样品关于α_S（吸收率）和ε_t（发射率）的光学性能的长期稳定性。光学性能是与未处理的参比样品相比，对经过处理的样品的吸收率α_S和发射率ε_t改变了多少的度量。

用波长间隔为0.38μm至2.15μm的卡尔蔡司（Carl Zeiss）CORONA Plus VIS-NIR双光束光谱计，以及波长跨度为2.5-24μm的Bruker27FTIR光谱计研究经过处理的和未处理的样品。将所得数据定义为反射率R(λ)，并且此外用于下文太阳能吸收率(1)和热发射率(2)的评价方程中。

法向太阳能吸收率α_S用太阳光谱辐射I_S(λ)进行加权，并且定义为：

${\mathrm{\&alpha;}}_s=\frac{\underset{{\mathrm{\&lambda;}}_1}{\overset{{\mathrm{\&lambda;}}_2}{\&Integral;}}(1-R\left(\mathrm{\&lambda;}\right))I_S\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\mathrm{d\&lambda;}}{\underset{{\mathrm{\&lambda;}}_1}{\overset{{\mathrm{\&lambda;}}_2}{\&Integral;}}{I}_S\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\mathrm{d\&lambda;}}---\left(1\right)$

将太阳光谱辐射I_S(λ)限定于0.3-4.1μm的波长范围内。因此对于在0.30μm和0.38μm之间的波长，外推获自卡尔蔡司光谱计的数据。

对于给定温度T（通常将T选为373K），用黑体光谱I_Bb(λ,T）加权总的法向热发射率ε_t。由下式定义发射率：

${\mathrm{\&epsiv;}}_t=\frac{\underset{{\mathrm{\&lambda;}}_1}{\overset{{\mathrm{\&lambda;}}_2}{\&Integral;}}(1-R\left(\mathrm{\&lambda;}\right))I_{\mathrm{Bb}}(\mathrm{\&lambda;},T)\mathrm{d\&lambda;}}{\underset{{\mathrm{\&lambda;}}_1}{\overset{{\mathrm{\&lambda;}}_2}{\&Integral;}}{I}_{\mathrm{BB}}(\mathrm{\&lambda;},T)\mathrm{d\&lambda;}}---\left(2\right)$

为了对关于α_S和ε_t的光学性能的长期稳定性进行分类，应用如国际能源机构（IEA）所定义的性能判据（PC）：

PC＝-Δα_s+0.5Δε_t               (3)

其中将太阳能吸收率的变化Δα_S定义为

Δα_s＝α_s,t-α_s,i             (4)

其中α_S,t对应于经过处理的样品的太阳能吸收率值，并且α_S,i对应于未处理的参比样品的太阳能吸收率。

将热发射率的变化Δε_t定义为

Δε_t＝ε_t,t-ε_t,i          (5)

其中ε_t,t对应于经过处理的样品在实际试验时间的热发射率值，并且ε_t,i对应于未处理的参比样品的热发射率。

根据IEA，在气候条件下处理之后，PC值通常应不超过0.05。

使用方程(1)-(5)确定样品的吸收率α_S、发射率ε_t和性能判据（PC）。下文分别呈现热处理的样品和冷凝试验的样品的这些结果和反射率测量值。

热处理的样品的光学表征结果

图2a示出热处理的G2 SS SiO₂样品和未处理的参比样品G2 SSSiO₂参比的反射率响应。

图2b示出热处理的G2 Cu SiO₂样品和未处理的参比样品G2 CuSiO₂参比的反射率响应。

在图3a和图3b中不能见到未处理的样品（参比）和经过处理的样品之间的反射率响应有显著变化。因此，热处理样品没有出现显著劣化。

图3a是示出热处理样品G2Cu SiO₂和参比样品G2Cu SiO₂参比的吸收率α_S的柱形图。图3a也示出热处理样品G2SS SiO₂和参比样品G2SS SiO₂参比的吸收率α_S。图3a还示出G2Cu和G2SS的结果。将在图3c下讨论这些材料。关于本发明的材料，即G2Cu SiO₂和G2SSSiO₂，从图3a显而易见的是，对于两种类型的基底（SS）和（Cu），在热处理的样品和未处理的参比样品之间都不存在显著的吸收率差异。

图3b是示出热处理样品G2Cu SiO₂和参比样品G2Cu SiO₂参比的发射率ε_t的柱形图。图3b也示出热处理样品G2SS SiO₂和参比样品G2SS SiO₂参比的发射率ε_t。将在图3c下讨论材料G2Cu和G2SS。从图3b显而易见的是，对于两种类型的基底（SS）和（Cu），在本发明材料的热处理的样品和未处理的参比样品之间都不存在显著的发射率差异。

通过图3c中的性能判据PC呈现热处理样品的光学性能的变化。从图3c可清楚得出，本发明材料的两种样品都低于判据限度0.05。样品G2 Cu SiO₂的性能判据值为0.005并且样品G2 SS SiO₂的性能判据值为0.016。因此，在热处理的样品中没有出现光学性质的显著劣化，并且其因此展现出良好的耐热性。

当将样品G2 SS SiO₂和G2 Cu SiO₂的性能判据与样品G2 Cu和G2 SS（没有SiO₂层）相比时，还清楚得出，通过SiO₂层改进在热处理铜基底后的性能判据。

进行冷凝试验的样品的光学表征结果

图4a示出处理30分钟、60分钟和120分钟的G2SS SiO₂样品的反射率响应，以及未处理的参比样品G2SS SiO₂参比的反射率响应。

图4b示出处理30分钟、60分钟和120分钟的G2SS样品、因此是没有SiO₂层的样品的反射率响应，以及未处理的参比样品G2SS参比的反射率响应。

图4c示出处理30分钟、60分钟和120分钟的G2Cu SiO₂样品的反射率响应，以及未处理的参比样品G2Cu SiO₂参比的反射率响应。

图4d示出处理30分钟、60分钟和120分钟的G2Cu（没有SiO₂）样品的反射率响应，以及未处理的参比样品G2SS参比的反射率响应。

在示出没有SiO₂层的样品的图4b和图4d中，对于两种基底都在约3nm处示出典型的吸湿响应。这可通过在约3nm处反射率响应的急剧下降而看到。对于Cu基底，参见图4d，对于最高达2nm的波长，响应变差，这在表明多层结构变化的较高的整体反射率中看到。在120分钟的冷凝处理之后，在整个光谱中，吸收器表面性质劣化。与图4a和图4c相比，图4a和图4c示出了具有包括SiO₂层的多层结构的样品的结果，可清楚得出，在不同长度的冷凝处理后，反射率响应保持不受影响。完全看不到在图4b和图4d中见到的典型吸湿特性。因此，SiO₂层增大多层结构的防潮性。还应注意到，当将冷凝处理的G2Cu SiO₂和G2SS SiO₂样品与未处理的参比样品G2Cu SiO₂参比和G2SS SiO₂参比相比时，可注意到在冷凝试验样品和参比样品之间没有显著差异。

图5a为示出以下的柱形图：冷凝试验30分钟、60分钟和120分钟的G2Cu SiO₂样品以及参比样品G2Cu SiO₂参比的吸收率α_S。图5a也示出冷凝试验的G2SS SiO₂样品和参比样品G2SS SiO₂参比的吸收率α_S。图5a还示出材料G2Cu和G2SS的吸收率。将在图5c下讨论这些材料。从图5a可清楚得出，对于两种类型的基底（SS）和（Cu），在本发明材料的冷凝试验的样品和未处理的参比样品之间都不存在显著的吸收率差异。对于所有三个试验周期，即30分钟、60和120分钟，情况都是如此。

图5b为示出以下的柱形图：冷凝试验30分钟、60分钟和120分钟的G2Cu SiO₂样品的发射率ε_t以及参比样品G2Cu SiO₂参比的发射率。图5b也示出冷凝试验30分钟、60分钟和120分钟的G2SS SiO₂样品的发射率ε_t以及参比样品G2SS SiO₂参比的发射率。图5b显示，对于两种类型的基底（SS）和（Cu），在本发明材料的冷凝试验的样品和未处理的参比样品之间都不存在显著的发射率差异。因此，材料G2SS SiO₂和G2Cu SiO₂都示出良好的防潮性。

参见图5c，通过性能判据PC呈现光学性能的变化。如图5c中所示，材料G2SS SiO₂和G2Cu SiO₂都充分耐受所述处理，并且都清楚地低于判据限度0.05。当将G2Cu和G2SS样品的性能判据与G2CuSiO₂和G2Cu SiO₂样品相比时，能够清楚地得出，两种类型的基底的性能判据都受益于附加的SiO₂层。

总之，上述结果显示，热处理的样品和冷凝试验的样品的光学性能保持为充分低于0.05的IEA性能判据。这证明本发明太阳能吸热器材料不仅具有高的耐热性，而且对潮气诱导性腐蚀具有高的耐受性。

Claims (15)

1.一种太阳能吸热器材料(10)，其包括：

用于吸收太阳光的多层结构(30)；

用于从所述多层结构(30)导热的金属基底(20)，

其特征在于所述多层结构(30)从所述基底(20)依次至少包括：

第一层(100)Al₂O₃；

第二层(200)Mo；

第三层(300)Al₂O₃；

最上层(700)SiO₂。

2.根据权利要求1所述的太阳能吸热器材料(10)，其中所述多层结构(30)从所述基底(20)依次包括：

厚度为28-89nm的第一层(100)Al₂O₃；

厚度为16-30nm的第二层(200)Mo；

厚度为39-74nm的第三层(300)Al₂O₃；

厚度为39-74nm的最上层(700)SiO₂；

其中选择所述层的厚度使得吸收率/发射率之比≥80/≤20。

3.根据权利要求1所述的太阳能吸热器材料(10)，其中所述多层结构(30)从所述基底(20)依次至少包括：

第一层(100)Al₂O₃；

第二层(200)Mo；

第三层(300)Al₂O₃；

第四层(500)Mo；

第五层(600)Al₂O₃；

最上层(700)SiO₂。

4.根据权利要求3所述的太阳能吸热器材料(10)，其中所述多层结构(30)从所述基底(20)依次包括：

厚度为10-240nm的第一层(100)Al₂O₃；

厚度为8-120nm的第二层(200)Mo；

厚度为25-105nm的第三层(300)Al₂O₃；

厚度为3-60nm的第四层(500)Mo；

厚度为15-100nm的第五层(600)Al₂O₃；

厚度为10-160nm的最上层(700)SiO₂，其中选择所述层的厚度使得吸收率/发射率之比≥90/≤10。

5.根据权利要求3所述的太阳能吸热器材料(10)，其中所述多层结构(30)从所述基底(20)依次包括：

第一层(100)Al₂O₃；

第二层(200)Mo；

第三层(300)Al₂O₃；

第四层(400)Al₂O₃，

第五层(500)Mo；

第六层(600)Al₂O₃；

最上层(700)SiO₂。

6.根据权利要求5所述的太阳能吸热器材料(10)，其中所述多层结构(30)从所述基底(20)依次包括：

厚度为10-240nm的第一层(100)Al₂O₃；

厚度为8-120nm的第二层(200)Mo；

第三层(300)Al₂O₃；

第四层(400)Al₂O₃，

其中所述第三层和第四层的总厚度为25-105nm；

厚度为3-60nm的第五层(500)Mo；

厚度为15-100nm的第六层(600)Al₂O₃；

厚度为10-160nm的最上层(700)SiO₂，其中选择所述层的厚度使得吸收率/发射率之比≥90/≤10。

7.根据权利要求6所述的太阳能吸热器材料(10)，其中：

所述第一层(100)的厚度为45-100nm；

所述第二层(200)的厚度为15-33nm；

所述第三层(300)和所述第四层(400)的总厚度为38-83nm；

所述第五层(500)的厚度为8-16nm；

所述第六层(600)的厚度为34-75nm；

所述最上层(700)SiO₂的厚度为38-83nm。

8.根据权利要求7所述的太阳能吸热器材料(10)，其中：

所述第一层(100)的厚度为60nm；

所述第二层(200)的厚度为20nm；

所述第三层(300)和所述第四层(400)的总厚度为50nm；

所述第五层(500)的厚度为10nm；

所述第六层(600)的厚度为75nm；

所述最上层(700)SiO₂的厚度为50nm。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的太阳能吸热器材料(10)，其中所述最上层(700)SiO₂的厚度大于下面的Al₂O₃层(300)、(600)的厚度。

10.根据权利要求8所述的太阳能吸热器材料(10)，其中：

所述第六层(600)的厚度为45nm。

11.根据权利要求3-11中的任一项所述的太阳能吸热器材料(10)，其中选择钼层(200)、(500)的厚度使得在所述多层结构中实现Mo浓度梯度，其中所述梯度向着所述最上层(700)SiO₂而减小。

12.根据权利要求12所述的太阳能吸热器材料，其中最接近所述基底(200)的钼层的厚度约为最上的钼层(500)的两倍厚。

13.根据权利要求13所述的太阳能吸热器材料(10)，其中：

所述第一层(100)的厚度为60nm；

所述第二层(200)的厚度为12-42nm；

所述第三层(300)和所述第四层(400)的总厚度为50nm；

所述第五层(500)的厚度为6-21nm；

所述第六层(600)的厚度为45nm；

所述最上层(700)SiO₂的厚度为50nm。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的太阳能吸热器材料(10)，其中所述多层结构的总厚度小于300nm。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的太阳能吸热器材料(10)，其中所述基底为选自不锈钢、铜和铝的带材。

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