CN105319633A - 一种基于光学玻璃基底的新型吸收膜的研究 - Google Patents

一种基于光学玻璃基底的新型吸收膜的研究 Download PDF

Info

Publication number
CN105319633A
CN105319633A CN201410369606.2A CN201410369606A CN105319633A CN 105319633 A CN105319633 A CN 105319633A CN 201410369606 A CN201410369606 A CN 201410369606A CN 105319633 A CN105319633 A CN 105319633A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
technology
absorbing film
layer
mathematical model
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.)
Granted
Application number
CN201410369606.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105319633B (zh
Inventor
刘冬梅
李僖雨
张静
付秀华
潘永刚
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.)
Changchun University of Science and Technology
Original Assignee
Changchun University of Science and Technology
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 Changchun University of Science and Technology filed Critical Changchun University of Science and Technology
Priority to CN201410369606.2A priority Critical patent/CN105319633B/zh
Publication of CN105319633A publication Critical patent/CN105319633A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105319633B publication Critical patent/CN105319633B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

近年来吸收膜在多波段兼容隐身技术、热传感技术等方面发挥着重要的作用。本发明提供了一种新型吸收薄膜的研究技术。该技术以光学玻璃作为基底材料，仅以一种材料作为镀膜材料，采用电子束蒸发真空镀膜技术，通过改变充氧量、电子枪束流和蒸发速率等工艺参数可以实现在单点位置处的超高吸收率，吸收率可达99.8%以上。建立一个新的数学模型，模型体现了膜系物理厚度和吸收率最高点波长位置之间的关系。本技术适用于近红外波段吸收膜的研制。

Description

一种基于光学玻璃基底的新型吸收膜的研究
技术领域
本发明专利涉及到光学系统的吸收薄膜。
背景技术
随着科技的发展，吸收膜在多波段兼容隐身技术、热传感技术等方面发挥着重要的作用。国内外对吸收膜的研究以太阳能选择吸收薄膜为主，该吸收薄膜多以金属材料作为基底，吸收材料以涂层形式存在，且厚度比较厚，吸收率也不是很高，少数以薄膜形式制备的吸收薄膜加工工艺复杂，成本较高。本专利是以光学玻璃作为基底材料，仅以一种材料作为镀膜材料，采用电子束蒸发真空镀膜技术，通过改变充氧量、电子枪束流和蒸发速率等工艺参数实现在单点位置处的超高吸收率。在研制过程中通过在光学玻璃基底上分别镀制铬层和不同氧化程度及不同厚度的氧化铬层，来实现所需波长位置的高吸收率。该技术主要适用于近红外波段中吸收膜的使用。据所查寻资料显示，目前尚没有采用相同技术的吸收薄膜。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型吸收薄膜的设计思想和研制技术。主要针对在光学玻璃基底上，对单点吸收膜进行设计与制备，以实现所需波长位置的高吸收率，最大限度的提高能量利用率，同时简化工艺流程、节约材料和降低成本。
本发明的结构是由光学玻璃材料为基底（1），光学膜系（2）组成。基底材料为冕牌玻璃、火石玻璃或超低膨胀微晶玻璃，此材料的选取主要考虑到材料的实用性和通用性。由于基底材料本身的热膨胀系数较小，故产生的形变量也较小，有利于满足表面P-V值的严格要求。
光学膜系（2）的作用：实现所需波长位置处的超高吸收率。此膜系由三层膜构成，膜系结构如下：Sub|Cr，CrxOy，CrmOn|Air。第一层为铬层，第二层和第三层分别为不同氧化程度的氧化铬层，此三层膜的物理厚度可通过反复试验来得到。膜系的第一层主要起到降低透过率和提高吸收率的作用，第二层氧化铬（CrxOy）起到降低反射率的作用，第三层氧化铬（CrmOn）起到改变反射率最低点位置的作用。
本发明的工作原理为：当光垂直入射到光学膜系（2）上，且不考虑基底材料的另一面时，经过膜系后使其单点位置处反射率极小、吸收率极大、透过率（T1）接近为零。当到达基底另一面时，由于T1接近为零，故此介质分界面对单点吸收率几乎不产生影响。通过实验可使所需波长位置处的吸收率达99.8%以上。
吸收薄膜的关键技术是：（a）光学膜系（2）的设计，（b）光学膜系（2）的制备，（c）数学模型的建立。由于吸收膜通常不能使用传统的膜系设计软件进行设计，故本膜系通过改变氧化铬中氧原子和铬原子的掺杂程度以改变氧化铬的光学特性。首先在光学玻璃基底上镀制一定厚度的铬层，再在铬层的基础上通过调整充氧量依次叠加不同氧化程度的氧化铬层。在制备过程中通过反复优化充氧量、电子枪束流和蒸发速率等工艺参数以改变膜系每一层的氧原子和铬原子的掺杂程度及每一层的物理厚度来实现所需波长位置处的高吸收率。使用matlab软件拟合建立一个新的数学模型，并基于大量实验数据对该数学模型进行多次修正，修正后的数学模型表示形式如式（1）所示：
（1）
其中a=1381，b=201.8，c=201.1，f（x）为吸收率最高点波长位置，x为膜系第三层物理厚度。模型体现了膜系最后一层物理厚度和吸收率最高点波长位置之间的关系，该数学模型较适用于近红外波段。
有益效果
本发明采用电子束蒸发真空镀膜技术，通过使用单一的镀膜材料和相对简单的工艺制备技术，实现了以光学玻璃为基底的近红外波段范围内的单点的超高吸收率，吸收率可达99.8%以上。该膜系光学性能稳定，膜层牢固性好，可靠性高。所建立的数学模型表征了膜系最后一层物理厚度和吸收率最高点波长位置之间的关系，实验证明该模型适用于近红外波段。本发明为其它类型吸收膜的研究提供了一定的可借鉴性，为吸收膜的理论研究奠定了一定的基础。该技术满足对表面P-V值的严格要求。
本设计的镀膜材料为Cr。
附图说明
图1为吸收膜结构示意图,其中1为第三层膜，2为第二层膜，3为第一层膜，4为基底；图2为光学膜系（2）的反射率光谱测试曲线，该图同时作为摘要附图；图3为光学膜系（2）的透过率光谱测试曲线；图4为验证数学模型的后反射率测试曲线；图5为样品镀膜之前表面的P-V值测试曲线图；图6为样品镀膜之后表面的P-V值测试曲线图。
具体实施方式
本发明的实施以图1为例：玻璃基底材料使用冕牌玻璃、火石玻璃或超低膨胀微晶玻璃，基本外形尺寸为：直径48mm，厚度为3mm。
对光学膜系（2）的具体要求如下：
a）在1064nm处吸收率达到99.8%以上；
b)镀膜后表面P-V值小于0.5，均方根值小于0.05；
c)工作温度：0-75摄氏度；
d)波长温度飘移特性：<0.01nm/℃。

Claims (3)

1.一种新型吸收膜，其特征在于其结构由光学玻璃基底（1）及附着于基底上的光学膜系（2）组成。膜系由三层膜构成，膜系结构如下：Sub|Cr，CrxOy，CrmOn|Air。第一层为铬层，第二层和第三层分别为不同氧化程度的氧化铬层。吸收率达到99.8%以上。
2.如权利要求1所述的光学膜系（2）中的氧化铬层，是采用电子束蒸发真空镀膜技术，通过改变充氧量、电子枪束流和蒸发速率等工艺参数，并反复优化物理厚度得到。
3.建立一个新的数学模型，模型体现了膜系最后一层物理厚度和吸收率最高点波长位置之间的关系，该数学模型较适用于近红外波段。数学模型如下：
其中a=1381，b=201.8，c=201.1，f（x）为吸收率最高点波长位置，x为膜系第三层物理厚度。
CN201410369606.2A 2014-07-31 2014-07-31 一种基于光学玻璃基底的新型吸收膜的研究 Expired - Fee Related CN105319633B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410369606.2A CN105319633B (zh) 2014-07-31 2014-07-31 一种基于光学玻璃基底的新型吸收膜的研究

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410369606.2A CN105319633B (zh) 2014-07-31 2014-07-31 一种基于光学玻璃基底的新型吸收膜的研究

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105319633A true CN105319633A (zh) 2016-02-10
CN105319633B CN105319633B (zh) 2018-03-23

Family

ID=55247429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410369606.2A Expired - Fee Related CN105319633B (zh) 2014-07-31 2014-07-31 一种基于光学玻璃基底的新型吸收膜的研究

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105319633B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6259342A (ja) * 1985-09-06 1987-03-16 Sumitomo Metal Ind Ltd 太陽集熱パネル板
CN101273238A (zh) * 2005-08-02 2008-09-24 桑斯翠普有限公司 镍-氧化铝涂覆的太阳能吸收器
US20100225988A1 (en) * 2006-07-07 2010-09-09 Kalkanoglu Husnu M Solar Heat Responsive Exterior Surface Covering
CN103029371A (zh) * 2012-12-31 2013-04-10 郭射宇 一种太阳能选择性吸收膜及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6259342A (ja) * 1985-09-06 1987-03-16 Sumitomo Metal Ind Ltd 太陽集熱パネル板
CN101273238A (zh) * 2005-08-02 2008-09-24 桑斯翠普有限公司 镍-氧化铝涂覆的太阳能吸收器
US20100225988A1 (en) * 2006-07-07 2010-09-09 Kalkanoglu Husnu M Solar Heat Responsive Exterior Surface Covering
CN103029371A (zh) * 2012-12-31 2013-04-10 郭射宇 一种太阳能选择性吸收膜及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KENNEDY ET.AL.: "《Review of Mid- to High-Temperature Solar Selective Absorber Materials》", 31 December 2002 *
SELVAKUMAR ET.AL.: "Optical Properties and Thermal Stability of Pulsed Sputter Deposited CrxOy/Cr/Cr2O3 Solar Selective Coatings", 《23RD INTERNATIONAL CONFERENCE ON SURFACE MODIFICATION TECHNOLOGIES》 *
TEIXEIRA ET.AL.: "Spectrally selective composite coatings of Cr-Cr2O3 and Mo-Al2O3 for solar energy applications", 《THIN SOLID FILMS》 *
ZHAO ET.AL.: "Optimization of solar absorbing three-layer coatings", 《SOLAR ENERGY MATERIALS & SOLAR CELLS》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105319633B (zh) 2018-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
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
CN103411335A (zh) 辐射吸收层基于混合物的选择性吸收膜系
CN103017383A (zh) 一种颜色可调的太阳能选择性吸收膜系及其制备方法
CN106299131A (zh) SPPs薄膜异质结和钙钛矿叠层的太阳电池及其制备方法
CN103000704A (zh) 一种多晶硅太阳电池减反射膜及其制备方法
CN101913780A (zh) 具有双层减反射涂层的太阳能电池组件封装玻璃
CN103943691A (zh) 自清洁太阳能电池减反膜
CN109052985A (zh) 晶体硅太阳能电池用高硬宽频增透光伏玻璃
CN104724951A (zh) 调光玻璃用薄膜材料及其制备方法
CN108726891A (zh) 低辐射镀膜玻璃及其制备方法
CN203132188U (zh) 一种颜色可调的太阳能选择性吸收膜系
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
CN103066132B (zh) 一种用于太阳能电池的双层氮化硅减反射膜及其制备方法
CN207252141U (zh) 电磁波吸收结构
CN201463375U (zh) 一种太阳能集热管
CN105319633A (zh) 一种基于光学玻璃基底的新型吸收膜的研究
CN202523741U (zh) 太阳能电池封装用增透玻璃
CN106757018B (zh) 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
KR20120107203A (ko) 광대역 반사방지 다층코팅을 갖는 태양전지용 투명 기판 및 그 제조방법
CN103727693A (zh) 一种金属-介质多层结构颜色可调的太阳光热吸收涂层
CN208917083U (zh) 一种低辐射镀膜玻璃
CN103633159A (zh) 一种新型太阳能电池减反射膜的制备方法
CN107331712A (zh) 一种太阳能电池增透膜
CN107404834A (zh) 电磁波吸收结构及其制作方法
CN203249419U (zh) 一种适于中高温热利用的太阳能选择性吸收膜系

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180323

Termination date: 20190731

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee