CN109234675A - 一种太阳能真空管选择性吸收涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能真空管选择性吸收涂层及其制备方法，所述涂层包括依次涂布于基体表面的粘结层、红外反射层、吸收层和减反射层，其特征在于，所述红外反射层为Cu‑Cr薄膜，所述吸收层为Cr3C2和Si3N4的金属陶瓷层，所述减反射层为Si3N4膜。所述涂层吸收效率高，光学性能优异，原料成本低。其制备方法采用电子束蒸发镀膜工艺，成本低廉，适于推广。

Description

一种太阳能真空管选择性吸收涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能真空管制备领域，具体涉及一种太阳能真空管选择性吸收涂层及其制备方法。
背景技术
太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，然而由于其到达地球后的能量密度比较低，给大规模的开发利用带来一定的困难，这就决定了将太阳能直接用于日常生活和工业生产之前，必须提高其能量密度。太阳能选择性吸收涂层对可见光的吸收率很高，而自身的红外辐射率却很低，能够把能量密度较低的太阳能转换为高能量密度的热能，对太阳能起到富集的作用。因此，制备高效的太阳能选择性吸收涂层是太阳能热利用中的关键技术，对提高集热器效率至关重要。
太阳能热水器就是一种常见的集热器，太阳能热水器真空管是太阳能热水器的核心元件，被誉为太阳能热水器的“心脏”，真空管质量的优劣直接影响到太阳能热水器的使用寿命和性能。而选择性吸收涂层一般涂布于真空管的内玻璃管的外表面，其吸收效率直接影响太阳能真空管的性能。
现有技术中的选择性吸收涂层大都生产设备昂贵，原料成本偏高，某些原料甚至会产生环境污染。解决这些问题，需要对材料、结构以及制备工艺进行更深入、系统地研究和分析。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种太阳能真空管选择性吸收涂层及其制备方法，所述涂层吸收效率高，其制备方法简单，原料成本低，易于推广。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种太阳能真空管选择性吸收涂层，包括依次涂布于基体表面的粘结层、红外反射层、吸收层和减反射层，所述红外反射层为Cu-Cr薄膜，所述吸收层为Cr3C2和Si3N4的金属陶瓷层，所述减反射层为Si3N4膜。
进一步地，所述基体为Cu片。
进一步地，所述粘结层为Cu-Cr合金。
进一步地，所述吸收层中，Cr3C2的含量为30～35wt％。
一种太阳能真空管选择性吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)对基体继续预处理；
步骤2)将经步骤1)处理过的基体置于电子束加热装置中，将粘结层和红外反射层材料置于水冷的坩埚中，对装置进行抽真空处理，在真空条件下利用电子束进行直接加热蒸发材料，使材料气化并向基体输运，在基体表面镀上粘结层和红外反射层；
步骤3)再运用电子束蒸发镀膜工艺在步骤2)所述红外反射层上镀上吸收层；
步骤4)最后将剩余的吸收层材料沉积在吸收层表面形成减反射层。
进一步地，步骤2)所述抽真空处理，真空度为1×10-4Pa以下。
本发明的有益效果如下：
本发明的太阳能真空管选择性吸收涂层，采用Cu-Cr合金薄膜作为红外反射层，降低了涂层的热发射率，采用Cr3C2/Si3N4复合材料作为吸收层，有效提高了涂层的吸收率。该制备方法采用电子束蒸发镀膜工艺，工艺简单，成本低廉，适于推广。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步阐述。
实施例1
一种太阳能真空管选择性吸收涂层，包括基体，基体表面由内至外依次涂布有粘结层、红外反射层、吸收层和减反射层。
所述基体可采用Cu片，所述粘结层为Cu-Cr合金，所述红外反射层为Cu-Cr薄膜，所述吸收层为Cr3C2和Si3N4的金属陶瓷层，所述减反射层为Si3N4膜。
其中，所述吸收层中，Cr3C2的含量约为30wt％。
其制备方法包括以下步骤：
(1)对基体Cu片进行预处理，先将Cu片表面抛光，再用去离子水进行超声波清洗，时间约5～10min，最后烘干。
(2)将预处理过的Cu片置于电子束加热装置中，将Cu-Cr合金材料置于水冷的坩埚中，对装置进行抽真空至1×10-4Pa以下，以确保镀膜过程和成膜质量，在真空条件下利用电子束进行直接加热蒸发Cu-Cr合金材料，使材料气化并向Cu片输运，在Cu片表面镀上Cu-Cr合金粘结层，厚度约为20nm，再继续镀上Cu-Cr薄膜作为红外反射层，厚度约为100nm。
(3)将配比好的Cr3C2和Si3N4材料(Cr3C2的含量约为30wt％)置于电子束加热装置中的水冷坩埚中，对装置进行抽真空至1×10-4Pa以下，继续运用电子束蒸发镀膜工艺在红外反射层上镀上Cr3C2/Si3N4金属陶瓷层作为吸收层，厚度约为60nm。
(4)最后将剩余的Si3N4沉积在吸收层表面形成减反射层，厚度约为40nm。
实施例2
一种太阳能真空管选择性吸收涂层，与实施例1的不同之处在于，所述吸收层中，Cr3C2的含量约为35wt％。
其制备方法包括以下步骤：
(1)对基体Cu片进行预处理，先将Cu片表面抛光，再用去离子水进行超声波清洗，时间约5～10min，最后烘干。
(2)将预处理过的Cu片置于电子束加热装置中，将Cu-Cr合金材料置于水冷的坩埚中，对装置进行抽真空至1×10-4Pa以下，以确保镀膜过程和成膜质量，在真空条件下利用电子束进行直接加热蒸发Cu-Cr合金材料，使材料气化并向Cu片输运，在Cu片表面镀上Cu-Cr合金粘结层，厚度约为50nm，再继续镀上Cu-Cr薄膜作为红外反射层，厚度约为350nm。
(3)将配比好的Cr3C2和Si3N4材料(Cr3C2的含量约为35wt％)置于电子束加热装置中的水冷坩埚中，对装置进行抽真空至1×10-4Pa以下，继续运用电子束蒸发镀膜工艺在红外反射层上镀上Cr3C2/Si3N4金属陶瓷层作为吸收层，厚度约为180nm。
(4)最后将剩余的Si3N4沉积在吸收层表面形成减反射层，厚度约为80nm。
实施例3
一种太阳能真空管选择性吸收涂层，与实施例1的不同之处在于，所述吸收层中，Cr3C2的含量约为32wt％。
其制备方法包括以下步骤：
(1)对基体Cu片进行预处理，先将Cu片表面抛光，再用去离子水进行超声波清洗，时间约5～10min，最后烘干。
(2)将预处理过的Cu片置于电子束加热装置中，将Cu-Cr合金材料置于水冷的坩埚中，对装置进行抽真空至1×10-4Pa以下，以确保镀膜过程和成膜质量，在真空条件下利用电子束进行直接加热蒸发Cu-Cr合金材料，使材料气化并向Cu片输运，在Cu片表面镀上Cu-Cr合金粘结层，厚度约为40nm，再继续镀上Cu-Cr薄膜作为红外反射层，厚度约为280nm。
(3)将配比好的Cr3C2和Si3N4材料(Cr3C2的含量约为35wt％)置于电子束加热装置中的水冷坩埚中，对装置进行抽真空至1×10-4Pa以下，继续运用电子束蒸发镀膜工艺在红外反射层上镀上Cr3C2/Si3N4金属陶瓷层作为吸收层，厚度约为120nm。
(4)最后将剩余的Si3N4沉积在吸收层表面形成减反射层，厚度约为60nm。
测试例1
对实施例1～3制得的太阳能真空管选择性吸收涂层进行吸收性能测试，测试结果如下表1。
表1吸收性能测试
项目 实施例1 实施例2 实施例3
吸收率(α) 0.924 0.938 0.941
发射率(ε) 0.076 0.062 0.059

Claims (6)

1.一种太阳能真空管选择性吸收涂层，包括依次涂布于基体表面的粘结层、红外反射层、吸收层和减反射层，其特征在于，所述红外反射层为Cu-Cr薄膜，所述吸收层为Cr3C2和Si3N4的金属陶瓷层，所述减反射层为Si3N4膜。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能真空管选择性吸收涂层，其特征在于，所述基体为Cu片。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能真空管选择性吸收涂层，其特征在于，所述粘结层为Cu-Cr合金。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能真空管选择性吸收涂层，其特征在于，所述吸收层中，Cr3C2的含量为30～35wt％。
5.权利要求1所述的一种太阳能真空管选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)对基体继续预处理；
步骤2)将经步骤1)处理过的基体置于电子束加热装置中，将粘结层和红外反射层材料置于水冷的坩埚中，对装置进行抽真空处理，在真空条件下利用电子束进行直接加热蒸发材料，使材料气化并向基体输运，在基体表面镀上粘结层和红外反射层；
步骤3)再运用电子束蒸发镀膜工艺在步骤2)所述红外反射层上镀上吸收层；
步骤4)最后将剩余的吸收层材料沉积在吸收层表面形成减反射层。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能真空管选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于，步骤2)所述抽真空处理，真空度为1×10-4Pa以下。
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