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
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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