颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一系列光谱选择性优异并且颜色多样可调的太阳光谱选择性吸收涂层。所述吸收涂层包括基底层，在所述基底层上自下而上依次设有红外反射层、复合吸收层和减反层，其特征在于，所述复合吸收层自下而上依次包括金属铬亚层、氮化铬亚层和氮氧化铬亚层。本发明专利技术提出的颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层至少具有下列优点：a、氮化铬、氮氧化铬反应溅射工艺窗口宽，成分容易获得。b、本发明专利技术所公开的太阳光谱选择性吸收涂层吸收层实现太阳光谱吸收率95.0％‑96.7％％，辐射率4.4％‑5.0％(80℃)。c、改变减反层SiN亚层和SiO2亚层的厚度可以使选择性吸收涂层的颜色分别为金黄色、墨绿色、蓝色。

Colour-adjustable Solar Spectrum Selective Absorption Coating and Its Preparation Method

The invention relates to a series of solar spectrum selective absorption coatings with excellent spectral selectivity and adjustable color. The absorption coating comprises a base layer, on which an infrared reflective layer, a composite absorbing layer and a reducing layer are arranged from bottom to top. The characteristics of the composite absorbing layer are that the composite absorbing layer comprises a metal chromium sublayer, a chromium nitride sublayer and a chromium nitride sublayer from bottom to top. The color adjustable solar spectrum selective absorption coating has at least the following advantages: a, chromium nitride and chromium nitride reactive sputtering process has wide window and easy to obtain components. B. The solar spectrum selective absorption coating absorbing layer disclosed by the invention achieves the solar spectrum absorption rate of 95.0%96.7% and the radiation rate of 4.4%5.0%(80 C). C. Changing the thickness of SiN and SiO 2 sublayers can make the selective absorption coatings golden, dark green and blue, respectively.

【技术实现步骤摘要】
颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
本专利技术涉及光谱选择性吸收涂层领域，尤其是一系列光谱选择性优异并且颜色多样可调的太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法。
技术介绍
太阳光谱选择性吸收涂层是太阳能集热器光热转换核心材料，它在波长范围为0.3μm-2.5μm的太阳光波段具有高吸收率α，在波长范围为2.5μm-50μm的红外热辐射波段具有低辐射率ε，因此实现高太阳能吸收低辐射散热，可以最大限度将太阳能转化为热能。一般说来，α越大越好，ε越小越好。实际应用中用α与ε的比值(α/ε)来表征涂层选择性的高低，α/ε值越大，其光谱选择性越好。光谱选择性涂层膜系结构一般可以概括为基底/红外反射层/太阳光谱吸收层/表面减反射层。授权公告日2018年07月06日的中国授权专利技术专利201410648672.3，公开了一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法，所述吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：基底层清洗；采用镀膜方法在基底层上制备红外反射层；采用镀膜方法在红外反射层上制备吸收层；采用镀膜方法在吸收层上制备减反层；所述的吸收层自下而上依次包括金属亚层、半导体锗亚层和以及金属氮氧化物亚层，所述金属亚层、半导体锗亚层和以及金属氮氧化物亚层均采用镀膜方法依次制备。所述吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层是由上述制备方法制备的。本专利技术专利公开的涂层制备工艺简单、镀膜设备所需条件要求低，适用于大规模低成本生产。但其至少存在如下的不足：需要同时改变吸收层、减反层膜层镀膜工艺，使选择性涂层具有不同光谱选择性。本专利技术针对基于金属氮氧化物吸收的光谱选择性吸收涂层，提出一种简单调整即可获得一系列不同颜色、并且光谱选择性优异的吸收膜膜系结构及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供一种颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层，该涂层光谱选择性优异并且颜色多样可调。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层，包括：基底层，所述基底层的材料为玻璃、铝、铜或不锈钢；在所述基底层上自下而上依次设有红外反射层、复合吸收层和减反层；所述的复合吸收层自下而上依次包括金属铬亚层、氮化铬亚层和氮氧化铬亚层；所述氮化铬亚层中氮化铬化学式为CrNx，其中X的取值范围为0.86-1；氮氧化铬亚层中氮氧化铬的化学式为CrNYOZ，其中Y的取值范围为0.05-0.09，Z的取值范围为1.3-1.5。优选的，上述颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层中，所述复合吸收层的总厚度为104-134nm，其中：所述金属铬亚层厚度为25-35nm；所述CrNx亚层厚度为37-47nm；所述CrNYOZ亚层厚度为42-52nm。优选的，上述颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层中，所述的基底的材料为玻璃、铝、铜或不锈钢，所述基底层的厚度不限。更优选的，具体的说，所述基底采用厚度范围为0.5-10mm的玻璃板；或者所述基底层采用厚度0.2～10mm的铜、铝或者不锈钢优选的，上述颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层中，所述红外反射层的材料的电阻率小于2*10-4Ωcm，所述红外反射层的厚度为100-140nm。优选的，上述颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层中，所述减反层自下而上依次包括SiN亚层和SiO2亚层，SiN亚层厚度为0-40nm，SiO2亚层厚度为55-110nm。借由上述技术方案，本专利技术提出的颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层至少具有下列优点：a、氮化铬、氮氧化铬反应溅射工艺窗口宽，成分容易获得。b、本专利技术所公开的太阳光谱选择性吸收涂层吸收层实现太阳光谱吸收率95.0％-96.7％％，辐射率4.4％-5.0％(80℃)。c、改变减反层SiN亚层和SiO2亚层的厚度可以使选择性吸收涂层的颜色分别为金黄色、墨绿色、蓝色。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以实施例详细说明如后。附图说明图1是本专利技术提出的太阳光谱选择性吸收涂层的结构示意图；具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的具体说明。为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出的一种太阳光谱选择性吸收涂层，详细说明如后。表1为实施例1-3中太阳光谱选择性吸收涂层各层的尺寸和性能参数实施例1如图1所示颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层，包括：基底层1；在基底层1上依次排布设有红外反射层2、复合吸收层3和减反层4；所述的复合吸收层3自下而上依次包括金属铬亚层31、氮化铬亚层32和氮氧化铬亚层33，其中，具体到本实施例，所述基底层1材料为0.3mm的铝板。所述红外反射层2的材料为铝，红外反射层2的厚度为120nm。本实施例中，所述的复合吸收层3的总厚度为119nm，其中：所述Cr吸收亚层3.1厚度为30nm；所述CrNx吸收亚层3.2厚度为42nm；所述CrNYOZ3.3厚度为47nm。本实施例中，所述氮化铬亚层32的化学成分为CrNx，其中X取0.88；氮氧化铬亚层的化学成分为CrNYOZ，其中Y：0.06，Z：1.4。本实施例中，通过改变减反射层SiN亚层41、SiO2亚层42的厚度，可以改变选择性吸收涂层的颜色。实施例1中SiN亚层41厚度为0，4.2SiO2亚层42厚度为90nm，吸收涂层为墨绿色；实施例2中SiN亚层41厚度为40nm，SiO2亚层42厚度为55nm，吸收涂层为金黄色；实施例3中SiN亚层41厚度为23nm，SiO2亚层42厚度为110nm，涂层为蓝色。本实施例中，在基体层1表面依次制备红外反射层2、复合吸收层3和减反层4。红外反射层2的制备方法具体为：通过(脉冲)直流反应磁控溅射法在基底层的铝上溅射红外反射层，所选用的靶材为金属Al(纯度99.7％以上)，工作气体为氩气。复合吸收层3的制备方法具体为：通过(脉冲)直流磁控溅射法在上述的红外反射层2上反应溅射制备复合吸收层，所选用的靶材为金属Cr(纯度99.7％以上)，反应气体依次为氩气(Cr亚层)，氩气、氮气(CrNx亚层)，氩气、氮气、氧气(CrNxOy亚层)。减反层4的制备方法具体为，通过(脉冲)直流反应磁控溅射法在上述的复合吸收层3上反应磁控溅射制备减反层4，所选用的靶材为硅铝靶(铝含量0-30％wt，纯度99.7％以上)，反应气体依次为氩气、氮气(SiN亚层)和氩气、氧气(SiO2亚层)。表2-4为脉冲直流(反应)磁控溅射实施例1、2、3中红外反射层2、复合吸收层3和减反层4的工艺条件，通过不同溅射功率控制薄膜厚度。表2表3表4结合表1，2，3，4可以看出，通过改变SiN亚层、SiO2亚层的厚度可以获得墨绿、金黄、蓝色等三种颜色的光谱选择性吸收涂层；同时太阳光谱吸收率均不小于95％，辐射率不大于5％，具有优异的光谱选择性。上述实施例中，太阳光谱吸收率和辐射率测试由以下方法测试获得：首先，利用日立U-4100分光光度计测试得到0.3-2.5μm波段选择性吸收图的的反射光谱；利用Bruker的Tensor27傅里叶红外光谱仪测试得到2.5-48μm波段反射光谱。然后，由0.3-2.5μm波段选择性吸收涂层的反射光谱，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层，所述吸收涂层包括基底层，在所述基底层上自下而上依次设有红外反射层、复合吸收层和减反层，其特征在于，所述复合吸收层自下而上依次包括金属铬亚层、氮化铬亚层和氮氧化铬亚层。

【技术特征摘要】
1.一种颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层，所述吸收涂层包括基底层，在所述基底层上自下而上依次设有红外反射层、复合吸收层和减反层，其特征在于，所述复合吸收层自下而上依次包括金属铬亚层、氮化铬亚层和氮氧化铬亚层。2.根据权利要求1所述的颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，所述基底层的材料为玻璃、铝、铜或不锈钢。3.根据权利要求2所述的颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，所述基底采用厚度范围为0.5-10mm的玻璃板，或者所述基底层采用厚度0.2～10mm的铜、铝或者不锈钢。4.根据权利要求1或2或3所述的颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，所述红外反射层的材料的电阻率小于2*10-4Ωcm，所述红外反射层的厚度为100-140nm。5.根据权利要求4所述的颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，所述红外反射层的材料为铝。6.根据权利要求1或2或3所述的颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在于，所述氮化铬亚层的材料为CrNx，其中X的取值范围为0.86-1；氮氧化铬亚层的材料为CrNYOZ，其中Y的取值范围为0.05-0.09，Z的取值范围为1.3-1.5。7.根据权利要求6所述的颜色可调太阳光谱选择性吸收涂层，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶瑞，刘静，
申请(专利权)人：杭州维瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33