一种太阳能选择性吸收涂层、其制备方法及光热转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种太阳能选择性吸收涂层、其制备方法及光热转换装置，制备方法包括如下步骤：(1)在基体上制备红外反射层；(2)将旋涂液旋涂到所述红外反射层表面，得到吸收层；其中，所述旋涂液主要由聚乙烯醇水溶液和/或酚醛树脂乙醇溶液以及石墨烯材料混合得到；(3)在所述吸收层上制备减反层，得到所述太阳能选择性吸收涂层。该制备方法得到的太阳能选择性吸收涂层中石墨烯材料层的附着力显著提高、各层之间的结合力强，制备工艺简单，易于控制，成膜速率快，致密均匀性好，对太阳能的吸收率高且发射率低，热稳定性好，传热效率高，适宜大规模应用。

A solar selective absorption coating, its preparation method and photothermal conversion device

The invention provides a solar selective absorbing coating, its preparation method and photothermal conversion device, the preparation method comprises the following steps: (1) preparation of infrared reflective layer on the substrate; (2) the spin spin coating to the surface of the liquid by the infrared reflective layer, absorbing layer; wherein the coating liquid the rotation is mainly composed of polyvinyl alcohol water solution and / or phenolic resin ethanol solution and graphene materials to be mixed; (3) in the absorption layer on the preparation of anti reflection layer, get the selective solar energy absorbing coating. The preparation method of solar selective absorption of graphene material layer in the coating adhesion between the layers was significantly improved and the strong binding force, simple preparation process, easy control, fast deposition rate, density uniformity, and the solar absorption rate is high and low emissivity, good thermal stability, high heat transfer efficiency suitable for large-scale application.

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能选择性吸收涂层、其制备方法及光热转换装置
本专利技术属于太阳能选择性吸收涂层
，涉及一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法和应用，尤其涉及一种高吸收率、低发射率的太阳能选择性吸收涂层、其制备方法及光热转换装置。
技术介绍
随着传统化石能源的短缺，环境污染和温室效应的日益严重，人们对清洁能源的需求越来越迫切。太阳能储量丰富，清洁环保，其作为新型绿色能源正越来越受到人们的重视。在当今世界能源消耗结构中，热能是最主要和最普遍的形式。利用光热转化技术，将太阳辐射能转换为热能，用于工业生产和人们的日常生活，对于促进人类社会的可持续发展具有重要意义。实现太阳能光热转化的关键装置是太阳能集热器，而太阳能集热器的核心是太阳能选择性吸收涂层。优质的太阳能选择性吸收涂层，可以有效提高光热转化效率，最大限度的利用太阳能，正成为人们研究的热点。地球表面接受的太阳辐射主要分布在300nm-2500nm左右的光谱区域，即在可见光区和近红外光区。这部分能量加上部分紫外光区能量，占太阳总辐射能的98％。太阳能选择性吸收涂层必须满足两个条件，即：(1)涂层材料在太阳光谱内要有较高的吸收率α；(2)涂层材料在自身辐射波长范围内有较低的发射率ε。目前，我国太阳能热水器标准中规定，太阳能选择性吸收涂层的吸收率α＞0.9，发射率ε＜0.1。研究人员根据有效介质理论，提出了多种太阳能选择性吸收涂层类型，如光干涉型涂层、多层渐变模型涂层、本征吸收涂层、金属陶瓷复合涂层、光学陷阱涂层等。大多数类型的涂层，介质中分散着诸多金属粒子，在吸收层，从下到上，金属粒子的含量逐渐减少。太阳光在金属粒子的作用下，产生多次反射和散射，吸收太阳辐射能。采用这种光热转化原理的太阳能选择性吸收涂层，其吸收层大多由两层构成，即位于下层的高金属吸收层和位于上层的低金属吸收层。如CN103528251A提出的耐高温金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层，吸收层由银铝或银钛合金粒子与Al2O3复合而成，结构上由厚度和金属含量不同的高金属吸收层和低金属吸收层构成；CN102689467A提出的一种具有Si3N4和AlN双陶瓷结构高温太阳能选择性吸收涂层，其吸收层包括两个亚层结构，均为Si3N4和AlN膜；CN203063207U提出的一种中高温太阳能选择性吸收涂层，其吸收层由两层，高金属填充因子吸收层为第一Ti-AlN膜，低金属填充因子吸收层为第二Ti-AlN膜。上述结构的太阳能选择性吸收涂层，结构复杂，吸收层各层金属粒子含量要求严格，制备过程中操作条件要求高，限制了涂层的生产和应用。CN106556173A公开了一种应用于太阳能热水器的石墨烯太阳能吸收剂，由介质水、pH调节剂、纳米粉末和分散剂配制而成；CN106524525A公开了一种应用于太阳能热水器的炭黑-石墨烯纳米太阳能吸收剂，由介质水、pH调节剂、纳米粉末和分散剂配制而成。但是，上述太阳能吸收剂由于石墨烯的导热系数高，其散热较快，对太阳能的利用效率并不高。为此，开发一种结构简单，光热转换效率高，制备工艺易于操作的新型太阳能选择性吸收涂层势在必行。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种太阳能选择性吸收涂层、其制备方法及光热转换装置，所述太阳能选择性吸收涂层中石墨烯材料层的附着力显著提高，各层之间的结合力强，成膜速率快，致密均匀性好，易于控制，对太阳能的吸收率高且发射率低，热稳定性好，传热效率高，适宜大规模应用。本专利技术所述的高吸收率、低发射率的太阳能选择性吸收涂层是指所述太阳能选择性吸收涂层的吸收率大于0.94，发射率小于0.08。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种太阳能选择性吸收涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)在基体上制备红外反射层；(2)将旋涂液旋涂到所述红外反射层表面，得到吸收层；其中，所述旋涂液主要由聚乙烯醇水溶液和/或酚醛树脂乙醇溶液以及石墨烯材料混合得到；(3)在所述吸收层上制备减反层，得到所述太阳能选择性吸收涂层。本专利技术所述太阳能选择性吸收涂层由下至上依次包括红外反射层、吸收层和减反层，且所述吸收层为旋涂法制备的石墨烯材料层。所述旋涂法中聚乙烯醇水溶液和/或酚醛树脂乙醇溶液的选择至关重要，将其替换为其它物质，则会导致石墨烯材料层的附着力变弱，并且影响石墨烯材料层与红外反射层和减反层之间的结合。步骤(1)所述基体的材质选自玻璃材质或金属材质，优选为玻璃片、玻璃管、钢管、钢板、铝板或铝管中的任意一种。优选地，步骤(1)先清洗基体，再在基体上制备红外反射层，所述清洗基体包括：将基体在丙酮溶液中超声清洗，用去离子水冲洗；再将基体放入无水乙醇中超声清洗，用去离子水冲洗；最后将基体放入无水乙醇中，取出，用N2吹干。步骤(1)采用直流或射频磁控溅射法在基体上制备红外反射层，所述直流或射频磁控溅射法包括：以高纯金属为靶材，以氩气为溅射气体，通过控制溅射电压、溅射电流和溅射时间，得到红外反射层。本专利技术如无特殊说明，所述纯度均是指质量百分含量的纯度。所述高纯金属是指纯度为99％以上(如99.1％、99.3％、99.5％、99.7％或99.9％等)的金属。采用直流或射频磁控溅射法在基体上制备红外反射层具有如下优点：采用上述方法制备的红外反射层，能使基体与红外反射层结合牢靠，涂层质量好，并使红外反射层与石墨烯材料层之间形成良好的结合，防止石墨烯材料层的脱落。优选地，所述高纯金属为高纯铜或高纯银。优选地，步骤(1)所述红外反射层的厚度为40-300nm，如45nm、50nm、80nm、100nm、130nm、150nm、180nm、200nm、230nm、250nm或280nm等。步骤(2)所述旋涂液中石墨烯材料的浓度为0.5-10g/L，如0.6g/L、0.8g/L、1.0g/L、2.0g/L、3.0g/L、5.0g/L、7.0g/L或9.0g/L等，所述石墨烯材料选自石墨烯、氧化石墨烯或石墨烯衍生物中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合如石墨烯与氧化石墨烯，石墨烯与石墨烯衍生物，石墨烯、氧化石墨烯与石墨烯衍生物，优选为石墨烯，进一步优选为热裂解法制备得到的石墨烯。所述石墨烯也可为石墨经机械剥离法制备得到。具体可参考：石墨烯联盟标准T/CGIA001-2017“石墨烯材料的术语、定义及代号”。优选地，步骤(2)先将石墨烯材料分散到乙醇中再与聚乙烯醇水溶液和/或酚醛树脂乙醇溶液混合。优选地，步骤(2)所述聚乙烯醇水溶液按聚乙烯醇与水的质量比为0.1:100-10:100配制，如0.5:100、0.8:100、1:100、3:100、5:100、7:100、8:100或9:100等。优选地，步骤(2)所述酚醛树脂乙醇溶液按酚醛树脂与乙醇的质量比为100:10-100:400配制，如100:15、100:20、100:30、100:40、100:50、100:60、100:70、100:80、100:90、100:100、100:150、100:200、100:250、100:300、100:350或100:380等。步骤(2)所述聚乙烯醇水溶液和/或酚醛树脂乙醇溶液的浓度在特定范围内有利于提高石墨烯材料层的附着力。优选地，步骤(2)使用匀胶机将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)在基体上制备红外反射层；(2)将旋涂液旋涂到所述红外反射层表面，得到吸收层；其中，所述旋涂液主要由聚乙烯醇水溶液和/或酚醛树脂乙醇溶液以及石墨烯材料混合得到；(3)在所述吸收层上制备减反层，得到所述太阳能选择性吸收涂层。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)在基体上制备红外反射层；(2)将旋涂液旋涂到所述红外反射层表面，得到吸收层；其中，所述旋涂液主要由聚乙烯醇水溶液和/或酚醛树脂乙醇溶液以及石墨烯材料混合得到；(3)在所述吸收层上制备减反层，得到所述太阳能选择性吸收涂层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述基体的材质选自玻璃材质或金属材质，优选为玻璃片、玻璃管、钢管、钢板、铝板或铝管中的任意一种；优选地，步骤(1)先清洗基体，再在基体上制备红外反射层，所述清洗基体包括：将基体在丙酮溶液中超声清洗，用去离子水冲洗；再将基体放入无水乙醇中超声清洗，用去离子水冲洗；最后将基体放入无水乙醇中，取出，用N2吹干。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)采用直流或射频磁控溅射法在基体上制备红外反射层，所述直流或射频磁控溅射法包括：以高纯金属为靶材，以氩气为溅射气体，通过控制溅射电压、溅射电流和溅射时间，得到红外反射层；优选地，所述高纯金属为高纯铜或高纯银；优选地，步骤(1)所述红外反射层的厚度为40-300nm。4.根据权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述旋涂液中石墨烯材料的浓度为0.5-10g/L，所述石墨烯材料选自石墨烯、氧化石墨烯或石墨烯衍生物中的任意一种或至少两种的组合，优选为石墨烯，进一步优选为热裂解法制备得到的石墨烯；优选地，步骤(2)先将石墨烯材料分散到乙醇中再与聚乙烯醇水溶液和/或酚醛树脂乙醇溶液混合；优选地，步骤(2)所述聚乙烯醇水溶液按聚乙烯醇与水的质量比为0.1:100-10:100配制；优选地，步骤(2)所述酚醛树脂乙醇溶液按酚醛树脂与乙醇的质量比为100:10-100:400配制；优选地，步骤(2)使用匀胶机将旋涂液旋涂到红外反射层表面；优选地，所述匀胶机的匀胶转速为450-5000r/min；优选地，所述匀胶机的匀胶时间为20-60s；优选地，步骤(2)所述旋涂的次数为1-10次；优选地，每次旋涂的间隔时间为2-60min；优选地，每次旋涂的旋涂液量为0.02-0.2mL；优选地，所述吸收层的厚度为30-300nm。5.根据权利要求1-4之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述减反层为SiO2层，所述SiO2层采用直流或射频磁控溅射法制备，所述直流或射频磁控溅射法制备减反层包括：以...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金柱，王立成，李爱丽，张安，
申请(专利权)人：山东圣泉新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37