CN107604311A - 一种自清洁太阳能集热器减反射膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自清洁太阳能集热器减反射膜的制备方法，其步骤是：先选取透明平板玻璃或钢化玻璃作为基体；再采用磁控溅射镀膜法在真空度5×10^‑4 Pa、基体负偏压70V、腔体压强0.8 Pa、气体中氩气:氧气的体积比为2:1的条件下，对基体表层镀设二氧化钛膜层，保持基体温度在90℃～95℃，通入氮气沉积后制得氮掺杂钛基化合物膜层；最后采用磁控溅射镀膜法在真空度5×10‑4 Pa、基体负偏压100V、工艺气体为氩气的条件下，对氮掺杂钛基化合物膜层镀设疏水型纳米二氧化硅膜层，保持基体温度在90℃～95℃进行沉积，制得硅基化合物膜层。本发明具有自清洁性能，耐用性好，降低集热器成本，提高太阳能利用效率。

Description

一种自清洁太阳能集热器减反射膜的制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能集热技术领域，具体是一种自清洁太阳能集热器减反射膜的制备方法。

背景技术

光学薄膜的应用无处不在，从眼镜镀膜到手机、电脑、电视的液晶显示再到LED照明等等，它充斥著我们生活的方方面面，并使我们的生活更加丰富多彩。减反射膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜，减反膜又称增透膜，它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。因此，它至今仍是光学薄膜技术中重要的研究课题，研究的重点是寻找新材料，设计新膜系,改进淀积工艺,使之用最少的层数，最简单、最稳定的工艺，获得尽可能高的成品率，达到最理想的效果。

二氧化钛的光诱导特性使其在环境污染物降解、自清洁涂层、光分解水制氢等环境保护与能源转换领域具有广泛的用途。但受带隙宽度的限制，二氧化钛的光诱导特性需要以紫外光为激发光源，在一定程度上限制了二氧化钛的实际工程应用。将二氧化钛的光学响应区移至可见光区，不但可以利用太阳光的可见光成分，而且可以用室内光源作为激发光源，从而促进二氧化钛更广泛的应用。近年来，具有可见光响应二氧化钛的制备和相关性能研究正成为太阳能自清洁涂层研究领域的一个新热点。

通过掺杂改变二氧化钛的电子结构是制备具有可见光响应二氧化钛的重要技术途径。氮掺杂能够导致二氧化钛具有显著可见光催化活性，进而对多种物质具有明显的可见光降解能力。氮掺杂二氧化钛的光催化作用包括二氧化钛对有机污染物等的光催化降解；以及光辐射下二氧化钛分解水制氢等。这将氮掺杂二氧化钛的光诱导特性应用范围拓展到防雾和自清洁涂层材料等领域。

传统的溶胶－凝胶法制备二氧化硅或二氧化钛薄膜过程所需时间较长，此外凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物，并产生收缩，这些将会影响薄膜的品质。而采用磁控溅射法制备自清洁太阳能集热器减反射膜有非常突出的优点，对其它制膜方法产生不小的冲击，具有成膜速率高、成膜均匀性好、薄膜纯度高、基片温度低、可实现大面积镀膜等优点。

太阳能集热器通常采用透光性好的平板玻璃或钢化玻璃材料作为它的盖板，其装置常年在室外，因而太阳能集热器玻璃表面的清洁问题一直困扰着其正常使用。室外环境中无机和有机尘垢造成透过率降低，进而影响集热器效率。目前采用人工清洁的方法对污垢进行处理，此方法比较耗时，而且成本高。因此，研究一种对环境友好、制备方法简单的自清洁太阳能集热器减反射膜非常有必要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种具有自清洁性能，耐用性好，降低集热器成本，提高太阳能利用效率的自清洁太阳能集热器减反射膜制备方法。

本发明所采用的技术方案是这样实现的：一种自清洁太阳能集热器减反射膜的制备方法，其特征是，该减反射膜包括复合的氮掺杂钛基化合物膜层和硅基化合物膜层，具体制备步骤如下：

步骤一、选取透明平板玻璃或钢化玻璃作为基体。

步骤二、采用磁控溅射镀膜法在真空度5×10^-4 Pa、基体负偏压70V、腔体压强0.8Pa、气体中氩气:氧气的体积比为2:1的条件下，对基体表层镀设二氧化钛膜层，保持基体温度在90℃～95℃，通入氮气沉积，制得氮掺杂钛基化合物膜层；

步骤三、采用磁控溅射镀膜法在真空度5×10-4 Pa、基体负偏压100V、工艺气体为氩气的条件下，对氮掺杂钛基化合物膜层表面镀设疏水型纳米二氧化硅膜层，保持基体温度在90℃～95℃进行沉积，制得硅基化合物膜层。

所述基体参考波长为400nm～1000nm，其光波透过率为91%。

所述步骤二中的磁控溅射镀膜法采用溅射功率为300W的射频电源。

所述步骤三中的磁控溅射镀膜法采用溅射功率为250W的射频电源。

所述氮掺杂钛基化合物膜层光学厚度为参考波长的四分之三。

所述硅基化合物膜层光学厚度为参考波长的四分之一。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用磁控溅射镀膜法先将基体表面镀设二氧化钛膜层，并通入氮气沉积后制得氮掺杂钛基化合物膜层，然后在氮掺杂钛基化合物膜层复合镀设疏水型纳米二氧化硅膜层，并沉积后制得硅基化合物膜层，氮掺杂钛基化合物膜层对多种物质具有明显的可见光降解能力，使其具有增透减反功能，减少透明玻璃盖板表面污染物，提高太阳能利用效率，且在下雨时，硅基化合物膜层使雨滴滚动后顺势将灰尘带走，从而达到自清洁目的，增加耐用性，降低集热器成本。

具体实施方式

一种自清洁太阳能集热器减反射膜的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤一、选取参考波长为400nm～1000nm、光波透过率为91%的透明平板玻璃或钢化玻璃作为基体；

步骤二、采用溅射功率为300W射频电源的磁控溅射镀膜法在真空度5×10^-4 Pa、基体负偏压70V、腔体压强0.8 Pa、气体中氩气:氧气的体积比为2:1的条件下，对基体表层镀设二氧化钛膜层，保持基体温度在90℃～95℃，通入氮气沉积，制得光学厚度为参考波长四分之三的氮掺杂钛基化合物膜层；

步骤三、采用溅射功率为250W射频电源的磁控溅射镀膜法在真空度5×10-4 Pa、基体负偏压100V、工艺气体为氩气的条件下，对氮掺杂钛基化合物膜层表面镀设疏水型纳米二氧化硅膜层，保持基体温度保在90℃～95℃进行沉积，制得光学厚度为参考波长四分之一的硅基化合物膜层。

经实验400nm～1000nm波长、光波透过率91%的透明平板玻璃，经镀制复合的氮掺杂钛基化合物膜层和硅基化合物膜层后，光波透过率为93%，可以有效提高太阳能集热器的吸热效率。并在镀制复合的氮掺杂钛基化合物膜层和硅基化合物膜层的透明平板玻璃与原透明平板玻璃的表面分别滴加亚甲基蓝溶液，1小时后观察发现，镀制复合的氮掺杂钛基化合物膜层和硅基化合物膜层的透明平板玻璃上亚甲基蓝溶液逐渐褪色，原透明平板玻璃的表面颜色无明显变化。经过沙尘试验，镀制复合的氮掺杂钛基化合物膜层和硅基化合物膜层的透明平板玻璃上所堆积的灰尘可以被水流带走，原透明平板玻璃上所堆积的灰尘没有被水流带走。

本发明对于本领域技术人员而言，凡在本发明的制备方法原则范围内所做的任何修改、补充或同等替换等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自清洁太阳能集热器减反射膜的制备方法，其特征是，该减反射膜包括复合的氮掺杂钛基化合物膜层和硅基化合物膜层，具体制备步骤如下：

步骤一、选取透明平板玻璃或钢化玻璃作为基体；

步骤二、采用磁控溅射镀膜法在真空度5×10^-4 Pa、基体负偏压70V、腔体压强0.8 Pa、气体中氩气:氧气的体积比为2:1的条件下，对基体表层镀设二氧化钛膜层，保持基体温度在90℃～95℃，通入氮气沉积，制得氮掺杂钛基化合物膜层；

步骤三、采用磁控溅射镀膜法在真空度5×10-4 Pa、基体负偏压100V、工艺气体为氩气的条件下，对氮掺杂钛基化合物膜层表面镀设疏水型纳米二氧化硅膜层，保持基体温度在90℃～95℃进行沉积，制得硅基化合物膜层。

2.如权利要求1所述的一种自清洁太阳能集热器减反射膜的制备方法，其特征是：所述基体参考波长为400nm～1000nm，其光波透过率为91%。

3.如权利要求1所述的一种自清洁太阳能集热器减反射膜的制备方法，其特征是：所述步骤二中磁控溅射镀膜法采用溅射功率为300W的射频电源。

4.如权利要求1所述的一种自清洁太阳能集热器减反射膜的制备方法，其特征是：所述步骤三中磁控溅射镀膜法采用溅射功率为250W的射频电源。

5.如权利要求1所述的一种自清洁太阳能集热器减反射膜的制备方法，其特征是：所述氮掺杂钛基化合物膜层光学厚度为参考波长的四分之三。

6.如权利要求1所述的一种自清洁太阳能集热器减反射膜的制备方法，其特征是：所述硅基化合物膜层光学厚度为参考波长的四分之一。