CN110806028A - 一种太阳能选择性吸热涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能选择性吸热涂层及其制造方法，属于太阳能光谱选择性吸热涂层领域。本发明的太阳能选择性吸收涂层，从底层到顶层依次设置有基层、红外反射层、强化层、吸收层和减反层，强化层包括第一强化亚层和第二强化亚层，第一强化亚层为Si3N4与yAlN·(1‑y)Al2O3的混合物，第二强化亚层为CrNmOn，或yTi3N4·(1‑y)TiO2，或CrNmOn与yTi3N4·(1‑y)TiO2的混合物，第一强化亚层与红外反射层吸合，第二强化亚层与吸收层吸合，使得本发明的涂层整体上具有较强的聚合力，从而提高涂层整体的稳定性，进而使得涂层具有较好的抗疲劳性能。

Description

一种太阳能选择性吸热涂层
技术领域
本发明涉及太阳能光谱选择性吸收涂层技术领域，更具体地说，涉及一种太阳能选择性吸热涂层及其制造方法。
背景技术
太阳能选择性吸收涂层凭借超高的太阳光谱吸收率，以及极低的红外发射率，成为太阳能光热转换的核心部件。太阳能选择性吸收涂层目前已经广泛地应用于平板太阳能热水器、太阳能真空集热管领域中，还有部分太阳能选择性涂层应用于太阳能热发电，以及太阳能海水淡化等领域。同时，可以预期的是，房屋供暖和建筑节能领域也将会是未来太阳能选择性涂层较大的市场。
目前，相关领域中公开了多种结构的太阳能选择性涂层。例如发明创造名称为一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法(申请号为2015105501612)的中国专利文件，该申请案通过从底层到表面依次设置基片、红外反射层、过渡层、复合吸收层和减反层，并设置所述过渡层为CrNx、yCrN·(1～y)Cr203，ySi3N4·(1～y)Si02yAIN·(1～y)Al203，yTi3N4·(1-y)TiO2中的一种或几种，其中1＜x＜1.5，0＜y＜1。
又如发明创造名称为一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法(申请号为2014107054801)的中国专利文件，该申请案的选择性涂层涂布在太阳能集热元件的基底上，涂层从底层至表面依次包括红外反射层、吸收层和减反射层，所述红外反射层由内层向外层依次包括的抗扩散阻隔层，沉积在所述抗扩散阻隔层上的抗集聚涂层及沉积在所述抗集聚涂层上的银层。
将上述方案的太阳能选择性吸收涂层应用于房屋供暖时，直接利用吸收涂层吸收的太阳能对空气进行加热，太阳能选择性吸收涂层表面的温度变化较大而容易引起涂层的热疲劳，会严重影响太阳能选择性涂层的使用寿命。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中太阳能选择性吸收涂层通过直接加热空气的方式对房屋供暖时，太阳能选择性吸收涂层不具有较高的抗疲劳性能而减短其使用寿命的不足，提供一种太阳能选择性吸热涂层。本方案通过在红外反射层和吸收层之间设置强化层，并使得第一强化亚层覆盖在红外反射层之上，第二强化亚层与吸收层吸合，从而提高了涂层整体的稳定性，进而提高太阳能选择性吸收涂层的抗疲劳性能。
本发明的另一个目的在于提供一种太阳能选择性吸热涂层的制备方法，方法简单，流程短，所制备的太阳能选择性吸热涂层具有较好的抗疲劳性能。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种太阳能选择性吸热涂层，从底层到顶层依次设置有基层、红外反射层、吸收层、和减反层，所述红外反射层和吸收层之间设置有强化层，所述强化层包括第一强化亚层和第二强化亚层，所述第一强化亚层为Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物，所述第二强化亚层为CrNmOn，或yTi3N4·(1-y)TiO2，或CrNmOn与yTi3N4·(1-y)TiO2的混合物，其中，0＜y＜1，0＜m≤1.5，0＜n≤2；所述第一强化亚层与红外反射层吸合，所述第二强化亚层与吸收层吸合。
进一步地，所述的第二强化亚层和第一强化亚层的厚度之比为(20～40)∶(60～80)。
进一步地，所述的吸收层为CrNm1、Tix2Aly2Si(1-x2-y2)Nm2On2和Tix3Cr(1-x3)Nm3On3中的一种或多种，其中，0＜y＜1，0＜m≤1.5，0＜n≤2，1≤m1≤1.5，0＜x2＜1，0＜y2＜1，0＜m2≤1.5，0＜n2≤2，0＜x3＜1，0＜m3≤1.5，0＜n3≤2。
进一步地，所述的吸收层包括自下而上依次设置的第一吸收亚层、第二吸收亚层和第三吸收亚层，所述第一吸收亚层为CrNm4，第二吸收亚层为CrOn4，第三吸收亚层为CrNm5On5，其中，0＜m4≤1.5，0＜n4≤2，0＜m5≤1.5，0＜n5≤2。
进一步地，所述第一吸收亚层、第二吸收亚层、第三吸收亚层的厚度之比为(10～30)∶(30～60)∶(40～60)。
进一步地，所述的减反层为SiO2、Al2O3、Si3N4中的一种或多种。
进一步地，所述基层为Al或Cu；所述的红外反射层为Al、Ag、Cu、Cr、Ni、Sn中的一种。
进一步地，所述的红外反射层的厚度为80～160nm，强化层厚度为120～180nm，吸收层的厚度为150～260nm，所述的减反层的厚度为200～500nm。
一种太阳能选择性吸收涂层的制备方法，用于制备上述的太阳能选择性吸热涂层，包括以下步骤，
步骤一、在所述基层上电镀所述红外反射层；
步骤二、通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法，在步骤一中得到的红外反射层上依次沉积所述的第一强化亚层和第二强化亚层；
步骤三、通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法，在步骤二中所得到的第二强化亚层上沉积所述的吸收层；
步骤四、通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法，在步骤三中得到的吸收层上沉积所述的减反层。
进一步地，所述步骤二、步骤三和步骤四中，氩气和氮气的流量比为9∶1。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的太阳能选择性吸收涂层，从底层到顶层依次设置有基层、红外反射层、吸收层、强化层和减反层，强化层包括第一强化亚层和第二强化亚层，第一强化亚层与红外反射层吸合，第二强化亚层与吸收层吸合，使得本发明的涂层整体上具有较强的聚合力，从而提高涂层整体的稳定性，进而使得涂层具有较好的抗疲劳性能；根据实验的数据结果分析，在40℃和180℃的交替热环境中，老化900h个小时后，本发明所制得的太阳能选择性吸收涂层样品的吸收率α均高于95％，辐射率ε均小于5％。
(2)本发明的太阳能选择性吸收涂层，其第二强化亚层中的CrNmOn与吸收层中的CrNm1具有较强的吸合作用，yTi3N4·(1-y)TiO2与吸收层中的Tix2Aly2Si(1-x2-y2)Nm2On2和Tix3Cr(1-x3)Nm3On3具有较强的吸合作用，其第一强化亚层中的yAlN·(1-y)Al2O3和Si3N4与红外反射层具有较强的吸合作用，因而在本发明的涂层中，红外反射层、强化层、吸收层能够紧密的吸合在一起，使得涂层整体具有较好的稳定性。
(3)本发明的太阳能选择性吸收涂层制备方法，先在基层上电镀一层红外反射层，然后在持续通入氩气和氮气的环境下，采用磁控溅射法，依次沉积强化层、吸收层和减反层，制备方法简单，流程短，所制备的太阳能选择性吸收涂层具有较好的抗疲劳性能。
附图说明
图1为本发明的太阳能选择性吸收涂层的结构示意图。
示意图中的标号说明：1、基层；2、红外反射层；3、强化层；31、第一强化亚层；32、第二强化亚层；4、吸收层；41、第一吸收亚层；42、第二吸收亚层；43、第三吸收亚层；5减反层。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
利用太阳能对室内环境进行加热时，先用太阳能加热水，再将热水送到房间是一种常用的方法，但是该方法的中间环节过多，成本较高。如果直接利用太阳能加热空气，再将热空气送入室内，将减少许多中间环节，并大幅降低设备成本。
但如果直接利用带有常用的太阳能选择性吸收涂层的加热器对空气进行加热时，将会带来以下问题：1)太阳能选择性吸收涂层很容易与空气接触，其中的低价态的金属元素容易被氧化，从而使之失效；2)太阳能选择性吸收涂层在空气中直接被加热，由于空气的比热容远小于水，涂层的温度变化极为剧烈，温度波动极大，在有阳光照射的时候，涂层的温度急剧升高到80℃以上，没有阳光照射时，温度急剧降到30℃以下，尤其是在春冬季节时涂层的温度变化的更加剧烈，因而常用的太阳能选择性吸收涂层在加热空气的工作环境中，其热疲劳强度往往是其在加热水的工作环境中的10倍以上，严重影响其使用寿命。
参照图1，本实施方式的太阳能选择性吸收涂层从底层到顶层依次设置有基层1、红外反射层2、吸收层4、和减反层5，此外，在红外反射层2和吸收层4之间还设置了一层强化层3，该强化层3包括了第一强化亚层31和第二强化亚层32，第一强化亚层31与红外反射层2相互吸合，第二强化亚层32与吸收层4相互吸合，从而使得本实施方式的太阳能选择性吸收涂层整体上具有更好的聚合力，从而使得涂层具有较好的的稳定性。
实施例1
在本实施例中，基层为Al片；红外反射层为Ag；第一强化亚层为Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物，其中，0＜y＜1，Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的质量比为10∶90；第二强化亚层为CrNmOn，其中，0＜m≤1.5，0＜n≤2；吸收层为CrNm1，其中，1≤m1≤1.5；减反层为SiO2。
太阳能选择性吸收涂层的具体制备过程为：
步骤一、在Al片上电镀一层Ag作为红外反射层，其中，Al片的厚度为0.35mm，红外反射层的厚度为80nm。
步骤二、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在外反射层上镀制沉积一层Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物作为第一强化亚层，然后在第一强化亚层上镀制沉积一层CrNmOn作为第二强化亚层，其中，第一强化亚层的厚度为40nm，第二强化亚层的厚度为80nm，强化层的总厚度为120nm，第一强化亚层与第二强化亚层的厚度比为40∶60，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤三、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在第二强化亚层上镀制沉积一层CrNm1作为吸收层，其中，吸收层的厚度为150nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤四、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在吸收层上镀制沉积一层SiO2作为减反层，其中，减反层的厚度为200nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
实施例2
在本实施例中，基层为Al片；红外反射层为Cu；第一强化亚层为Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物，其中，0＜y＜1，Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的质量比为20∶80；第二强化亚层为CrNmOn和yTi3N4·(1-y)TiO2的混合物，其中，0＜y＜1，0＜m≤1.5，0＜n≤2，CrNmOn和yTi3N4·(1-y)TiO2的质量比为40∶60；吸收层为CrNm1，其中，1≤m1≤1.5；减反层为SiO2。
太阳能选择性吸收涂层的具体制备过程为：
步骤一、在Al片上电镀一层Cu作为红外反射层，其中，Al片的厚度为0.4mm，红外反射层的厚度为100nm。
步骤二、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在外反射层上镀制沉积一层Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物作为第一强化亚层，然后在第一强化亚层上镀制沉积一层CrNmOn和yTi3N4·(1-y)TiO2的混合物作为第二强化亚层，其中，第一强化亚层的厚度为60nm，第二强化亚层的厚度为60nm，强化层的总厚度为120nm，第一强化亚层与第二强化亚层的厚度比为50∶50，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤三、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在第二强化亚层上镀制沉积一层CrNm1作为吸收层，其中，吸收层的厚度为165nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤四、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在吸收层上镀制沉积一层SiO2作为减反层，其中，减反层的厚度为230nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
实施例3
在本实施例中，基层为Al片；红外反射层为Cr；第一强化亚层为Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物，其中，0＜y＜1，Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的质量比为35∶65；第二强化亚层为CrNmOn和yTi3N4·(1-y)TiO2的混合物，其中，0＜y＜1，0＜m≤1.5，0＜n≤2，CrNmOn和yTi3N4·(1-y)TiO2的质量比为55∶45；吸收层为CrNm1和Tix2Aly2Si(1-x2-y2)Nm2On2的混合物，其中，0＜x2＜1，0＜y2＜1，0＜m2≤1.5，0＜n2≤2，1≤m1≤1.5，CrNm1和Tix2Aly2Si(1-x2-y2)Nm2On2的质量比为50∶50；减反层为Al2O3。
太阳能选择性吸收涂层的具体制备过程为：
步骤一、在Al片上电镀一层Cr作为红外反射层，其中，Al片的厚度为0.4mm，红外反射层的厚度为120nm。
步骤二、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在外反射层上镀制沉积一层Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物作为第一强化亚层，然后在第一强化亚层上镀制沉积一层CrNmOn和yTi3N4·(1-y)TiO2的混合物作为第二强化亚层，其中，第一强化亚层的厚度为60nm，第二强化亚层的厚度为90nm，强化层的总厚度为150nm，第一强化亚层与第二强化亚层的厚度比为40∶60，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤三、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在第二强化亚层上镀制沉积一层CrNm1和Tix2Aly2Si(1-x2-y2)Nm2On2作为吸收层，其中，吸收层的厚度为180nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤四、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在吸收层上镀制沉积一层Al2O3作为减反层，其中，减反层的厚度为280nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
实施例4
在本实施例中，基层为Cu片；红外反射层为Al；第一强化亚层为Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物，其中，0＜y＜1，Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的质量比为40∶60；第二强化亚层为yTi3N4·(1-y)TiO2，其中，0＜y＜1；吸收层为Tix2Aly2Si(1-x2-y2)Nm2On2和Tix3Cr(1-x3)Nm3On3的混合物，其中，0＜x2＜1，0＜y2＜1，0＜m2≤1.5，0＜n2≤2，0＜x3＜1，0＜m3≤1.5，0＜n3≤2，Tix2Aly2Si(1-x2-y2)Nm2On2和Tix3Cr(1-x3)Nm3On3的质量比为35∶65；减反层为Al2O3。
太阳能选择性吸收涂层的具体制备过程为：
步骤一、在Cu片上电镀一层Al作为红外反射层，其中，Cu片的厚度为0.5mm，红外反射层的厚度为135nm。
步骤二、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在外反射层上镀制沉积一层Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物作为第一强化亚层，然后在第一强化亚层上镀制沉积一层yTi3N4·(1-y)TiO2作为第二强化亚层，其中，第一强化亚层的厚度为50nm，第二强化亚层的厚度为100nm，强化层的总厚度为150nm，第一强化亚层与第二强化亚层的厚度比为1∶2，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤三、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在第二强化亚层上镀制沉积一层Tix2Aly2Si(1-x2-y2)Nm2On2和Tix3Cr(1-x3)Nm3On3作为吸收层，其中，吸收层的厚度为230nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤四、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在吸收层上镀制沉积一层Al2O3作为减反层，其中，减反层的厚度为350nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
实施例5
在本实施例中，基层为Al片；红外反射层为Ni；第一强化亚层为Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物，其中，0＜y＜1，Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的质量比为65∶35；第二强化亚层为CrNmOn，其中，0＜m≤1.5，0＜n≤2；吸收层为CrNm1和Tix3Cr(1-x3)Nm3On3的混合物，其中，0＜x3＜1，0＜m3≤1.5，0＜n3≤2，1≤m1≤1.5，CrNm1和Tix3Cr(1-x3)Nm3On3的质量比为60∶40；减反层为Si3N4。
太阳能选择性吸收涂层的具体制备过程为：
步骤一、在Al片上电镀一层Ni作为红外反射层，其中，Al片的厚度为0.3mm，红外反射层的厚度为140nm。
步骤二、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在外反射层上镀制沉积一层Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物作为第一强化亚层，然后在第一强化亚层上镀制沉积一层CrNmOn作为第二强化亚层，其中，第一强化亚层的厚度为60nm，第二强化亚层的厚度为120nm，强化层的总厚度为180nm，第一强化亚层与第二强化亚层的厚度比为1∶2，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤三、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在第二强化亚层上镀制沉积一层CrNm1和Tix3Cr(1-x3)Nm3On3作为吸收层，其中，吸收层的厚度为230nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤四、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在吸收层上镀制沉积一层Si3N4作为减反层，其中，减反层的厚度为360nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
实施例6
在本实施例中，基层为Al片；红外反射层为Sn；第一强化亚层为Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物，其中，0＜y＜1，Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的质量比为45∶55；第二强化亚层为yTi3N4·(1-y)TiO2，其中，0＜n≤2；吸收层Tix3Cr(1-x3)Nm3On3，其中，0＜x3＜1，0＜m3≤1.5，0＜n3≤2；减反层为Si3N4。
太阳能选择性吸收涂层的具体制备过程为：
步骤一、在Al片上电镀一层Sn作为红外反射层，其中，Al片的厚度为0.35mm，红外反射层的厚度为160nm。
步骤二、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在外反射层上镀制沉积一层Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物作为第一强化亚层，然后在第一强化亚层上镀制沉积一层yTi3N4·(1-y)TiO2作为第二强化亚层，其中，第一强化亚层的厚度为70nm，第二强化亚层的厚度为110nm，强化层的总厚度为180nm，第一强化亚层与第二强化亚层的厚度比为7∶11，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤三、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在第二强化亚层上镀制沉积一层Tix3Cr(1-x3)Nm3On3作为吸收层，其中，吸收层的厚度为260nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤四、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在吸收层上镀制沉积一层Si3N4作为减反层，其中，减反层的厚度为500nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
实施例7
在本实施例中，基层为Al片；红外反射层为Ni；第一强化亚层为Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物，其中，0＜y＜1，Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的质量比为55∶45；第二强化亚层为CrNmOn和yTi3N4·(1-y)TiO2的混合物，其中，0＜y＜1，0＜m≤1.5，0＜n≤2，CrNmOn和yTi3N4·(1-y)TiO2的质量比为45∶55；吸收层依次设置有第一吸收亚层41、第二吸收亚层42、第三吸收亚层43，第一吸收亚层为CrNm4，第二吸收亚层为CrOn4，第三吸收亚层为CrNm5On5，其中，0＜m4≤1.5，0＜n4≤2，0＜m5≤1.5，0＜n5≤2；减反层为Al2O3。
太阳能选择性吸收涂层的具体制备过程为：
步骤一、在Al片上电镀一层Ni作为红外反射层，其中，Al片的厚度为0.45mm，红外反射层的厚度为130nm。
步骤二、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在外反射层上镀制沉积一层Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物作为第一强化亚层，然后在第一强化亚层上镀制沉积一层CrNmOn和yTi3N4·(1-y)TiO2的混合物作为第二强化亚层，其中，第一强化亚层的厚度为60nm，第二强化亚层的厚度为90nm，强化层的总厚度为150nm，第一强化亚层与第二强化亚层的厚度比为40∶60，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤三、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在第二强化亚层上依次镀制沉积第一吸收亚层、第二吸收亚层、第三吸收亚层作为吸收层，其中，吸收层的厚度为200nm，第一吸收亚层、第二吸收亚层、第三吸收亚层的厚度比为10∶30∶60，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤四、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在吸收层上镀制沉积一层Al2O3作为减反层，其中，减反层的厚度为280nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
实施例8
在本实施例中，基层为Al片；红外反射层为Sn；第一强化亚层为Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物，其中，0＜y＜1，Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的质量比为45∶55；第二强化亚层为CrNmOn，其中，0＜m≤1.5，0＜n≤2；吸收层依次设置有第一吸收亚层41、第二吸收亚层42、第三吸收亚层43，第一吸收亚层为CrNm4，第二吸收亚层为CrOn4，第三吸收亚层为CrNm5On5，其中，0＜m4≤1.5，0＜n4≤2，0＜m5≤1.5，0＜n5≤2；减反层为SiO2。
太阳能选择性吸收涂层的具体制备过程为：
步骤一、在Al片上电镀一层Ni作为红外反射层，其中，Al片的厚度为0.3mm，红外反射层的厚度为140nm。
步骤二、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在外反射层上镀制沉积一层Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物作为第一强化亚层，然后在第一强化亚层上镀制沉积一层CrNmOn作为第二强化亚层，其中，第一强化亚层的厚度为60nm，第二强化亚层的厚度为120nm，强化层的总厚度为180nm，第一强化亚层与第二强化亚层的厚度比为1∶2，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤三、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在第二强化亚层上依次镀制沉积第一吸收亚层、第二吸收亚层、第三吸收亚层作为吸收层，其中，吸收层的厚度为200nm，第一吸收亚层、第二吸收亚层、第三吸收亚层的厚度比为20∶40∶40，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤四、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在吸收层上镀制沉积一层Si3N4作为减反层，其中，减反层的厚度为360nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
实施例9
在本实施例中，基层为Cu片；红外反射层为Ag；第一强化亚层为Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物，其中，0＜y＜1，Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的质量比为35∶65；第二强化亚层为CrNmOn和yTi3N4·(1-y)TiO2的混合物，其中，0＜y＜1，0＜m≤1.5，0＜n≤2，CrNmOn和yTi3N4·(1-y)TiO2的质量比为40∶60；吸收层依次设置有第一吸收亚层41、第二吸收亚层42、第三吸收亚层43，第一吸收亚层为CrNm4，第二吸收亚层为CrOn4，第三吸收亚层为CrNm5On5，其中，0＜m4≤1.5，0＜n4≤2，0＜m5≤1.5，0＜n5≤2；减反层为SiO2。
太阳能选择性吸收涂层的具体制备过程为：
步骤一、在Al片上电镀一层Cu作为红外反射层，其中，Al片的厚度为0.4mm，红外反射层的厚度为100nm。
步骤二、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在外反射层上镀制沉积一层Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物作为第一强化亚层，然后在第一强化亚层上镀制沉积一层CrNmOn和yTi3N4·(1-y)TiO2的混合物作为第二强化亚层，其中，第一强化亚层的厚度为60nm，第二强化亚层的厚度为60nm，强化层的总厚度为120nm，第一强化亚层与第二强化亚层的厚度比为50∶50，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤三、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在第二强化亚层上依次镀制沉积第一吸收亚层、第二吸收亚层、第三吸收亚层作为吸收层，其中，吸收层的厚度为250nm，第一吸收亚层、第二吸收亚层、第三吸收亚层的厚度比为30∶30∶40，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤四、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在吸收层上镀制沉积一层SiO2作为减反层，其中，减反层的厚度为230nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
对比例
在对比例中，基层为Al片；红外反射层为Ag；吸收层为CrNm1，其中，1≤m1≤1.5；减反层为SiO2。
太阳能选择性吸收涂层的具体制备过程为：
步骤一、在Al片上电镀一层Ag作为红外反射层，其中，Al片的厚度为0.35mm，红外反射层的厚度为80nm。
步骤二、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在红外反射层上镀制沉积一层CrNm1作为吸收层，其中，吸收层的厚度为150nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
步骤四、在真空腔体中通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法在吸收层上镀制沉积一层SiO2作为减反层，其中，减反层的厚度为200nm，氩气和氮气的流量比为9∶1，磁控溅射法采用直流电源。
将实施例1～9和对比例所制得的太阳能选择性吸收涂层样品在40℃和180℃的交替热环境中老化900h个小时后，实施例1～9中所制得的太阳能选择性吸收涂层样品的吸收率α均高于95％，辐射率ε均小于5％，对比例所制得的太阳能选择性吸收涂层样品的吸收率α仅为91％，辐射率ε为8.5％。因此，可以看出本发明的太阳能选择性吸收涂层样品相对于常用的涂层，具有较好的抗疲劳性能。
其原因可能是第一强化亚层中的yAlN·(1-y)Al2O3和Si3N4在镀制沉积在红外反射层上时，在高温的环境中，yAlN·(1-y)Al2O3填充到Si3N4晶体结构的空穴中，同时形成共价键结构，从而增加了第一强化亚层与红外反射层之间的聚合力；同时，第二强化亚层中的CrNmOn与吸收层中的CrNx之间具有较强的聚合力，yTi3N4·(1-y)TiO2与吸收层中的Tix2Aly2Si(1-x2-y2)Nm2On2和Tix3Cr(1-x3)Nm3On3具有较强的聚合力，因此，在强化层的作用下，涂层整体具有了较强的稳定性，从而具有较强的抗疲劳性能。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种太阳能选择性吸热涂层，从底层到顶层依次设置有基层、红外反射层、吸收层、和减反层，其特征在于：所述红外反射层和吸收层之间设置有强化层，所述强化层包括第一强化亚层和第二强化亚层，所述第一强化亚层为Si3N4与yAlN·(1-y)Al2O3的混合物，所述第二强化亚层为CrNmOn，或yTi3N4·(1-y)TiO2，或CrNmOn与yTi3N4·(1-y)TiO2的混合物，其中，0＜y＜1，0＜m≤1.5，0＜n≤2；所述第一强化亚层与红外反射层吸合，所述第二强化亚层与吸收层吸合。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能选择性吸热涂层，其特征在于：所述的第二强化亚层和第一强化亚层的厚度之比为(20～40)∶(60～80)。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能选择性吸热涂层，其特征在于：所述的吸收层为CrNm1、Tix2Aly2Si(1-x2-y2)Nm2On2和Tix3Cr(1-x3)Nm3On3中的一种或多种，其中，0＜y＜1，0＜m≤1.5，0＜n≤2，1≤m1≤1.5，0＜x2＜1，0＜y2＜1，0＜m2≤1.5，0＜n2≤2，0＜x3＜1，0＜m3≤1.5，0＜n3≤2。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能选择性吸热涂层，其特征在于：所述的吸收层包括自下而上依次设置的第一吸收亚层、第二吸收亚层和第三吸收亚层，所述第一吸收亚层为CrNm4，第二吸收亚层为CrOn4，第三吸收亚层为CrNm5On5，其中，0＜m4≤1.5，0＜n4≤2，0＜m5≤1.5，0＜n5≤2。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能选择性吸热涂层，其特征在于：所述第一吸收亚层、第二吸收亚层、第三吸收亚层的厚度之比为(10～30)∶(30～60)∶(40～60)。
6.根据权利要求2、3或5所述的一种太阳能选择性吸热涂层，其特征在于：所述的减反层为SiO2、Al2O3、Si3N4中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能选择性吸热涂层，其特征在于：所述基层为Al或Cu；所述的红外反射层为Al、Ag、Cu、Cr、Ni、Sn中的一种。
8.根据权利要求7所述的一种太阳能选择性吸热涂层，其特征在于：所述的红外反射层的厚度为80～160nm，强化层厚度为120～180nm，吸收层的厚度为150～260nm，所述的减反层的厚度为200～500nm。
9.一种太阳能选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1～8中任一项所述的太阳能选择性吸热涂层，包括以下步骤，
步骤一、在所述基层上电镀所述红外反射层；
步骤二、通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法，在步骤一中得到的红外反射层上依次沉积所述的第一强化亚层和第二强化亚层；
步骤三、通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法，在步骤二中所得到的第二强化亚层上沉积所述的吸收层；
步骤四、通入氩气和氮气的混合气体，采用磁控溅射法，在步骤三中得到的吸收层上沉积所述的减反层。
10.根据权利要求9所述的一种制备方法，其特征在于：所述步骤二、步骤三和步骤四中，氩气和氮气的流量比为9∶1。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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