一种高效大面积平板太阳能集热器用选择性吸热膜层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高效大面积平板太阳能集热器用选择性吸热膜层的制备方法，通过高温煅烧、研磨、成晶、再煅烧、粉碎、过滤使用固相法制备过渡金属复合氧化物颜料,然后色浆制备再进行膜层制备，将基材待镀膜的一面加热至半熔融状态，将上述色浆置于超声波发生器中，利用超声空化效应使浆料雾化，再由压缩空气输送至螺旋形磁场加速器内，在磁场加速的情况下，轰击在半熔融态的基材表面，色浆会与半熔融态的基材分子间相互渗透，而渗透过程中，色浆中的稀释剂以及助剂会急速挥发并使得基材冷却，形成一种过渡金属复合氧化物镶嵌在基材表面的形态；通过雾化作用，颜料分子均匀的分布在基材表面，制得均匀、致密，厚度不超过100纳米的吸热膜层。吸热膜层。

【技术实现步骤摘要】
一种高效大面积平板太阳能集热器用选择性吸热膜层的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种吸热膜，特别涉及一种高效大面积平板太阳能集热器用选择性吸热膜层的制备方法。

技术介绍

[0002]人类生存环境的恶化和日益短缺的能源是当今人类面临的量大重要问题，新型可再生资源的开发和利用是解决上述问题的根本出路。太阳能作为清洁能源，取之不尽、用之不竭的特性成为新能源的首选。
[0003]太阳能热水器可分为真空管式太阳能热水器和平板型太阳能热水器。目前国内市场上真空管式太阳能热水器仍占据主导地位，然而真空管式太阳能其非承压式供水系统（只能装在屋顶靠重力供水）决定了其在中高层建筑中不能大范围普及，而低层建筑中，靠重力供水，其舒适度较差，且存在炸管的安全隐患。而平板型太阳能热水器采用可承压式供水系统，决定了其安装位置的灵活性，可安装在中高层建筑的阳台上，亦可安装在低层建筑的屋顶位置，且不存在安全隐患。平板型太阳能热水器的众多优点决定其在未来将慢慢替代真空管式太阳能热水器。
[0004]而且太阳能平板集热器越来越受到建筑一体化市场的青睐。吸热膜层作为集热器的核心部分，其性能直接影响到整个集热器的最终使用效果，同时也决定平板集热器的档次和品质。而我国平板式集热器吸热膜层技术一直没有得到有效的提高和优化，多数靠国外进口为主，目前世界上平板集热器吸热膜层主要有涂料涂层、阳极氧化涂层、溶胶凝胶涂层、电镀黑格涂层和磁控溅射膜层。涂料涂层其膜层厚度较大，组分里的成膜物有机高分子树脂含量较高，其红外吸收将会导致红外发射率大幅度提高，不能凸显光谱选择性的优势；阳极氧化涂层和溶胶凝胶涂层耐盐雾性能较差，使用寿命短，且膜层表面光洁度较差；电镀黑格涂层其生产过程中会产生大量焦耳热，对连续生产不利，且会造成重金属污染；而磁控溅射膜层制造设备昂贵，生产成本高且膜层耐候性能差，不能达到太阳能热水器规定的使用年限；静电高压强磁聚凝膜其成分较复杂，涂料制备工序繁琐，对涂料加工设备要求高，很难实现工业化大规模生产，且吸光剂多为纳米金属，纳米级金属粉末成本较高，且活性大，容易氧化甚至自燃，而且其中的纳米金属铬容易造成重金属污染。
[0005]尖晶石型过渡金属复合氧化物是一类重要的太阳能选择性吸热材料。由于太阳辐射能主要分布在0.3μm ～2.5μm，所以禁带宽度在0.5eV（2.5μm）～1.24eV（1.0μm）的半导体，如 Si（1.1eV）、 PbS（0.4eV）等，对于太阳能的选择性吸收才有意义。过渡金属如 Cu、Ni、Ti、Cr 和 Mn 等，其吸收机理类似于半导体，而本专利技术中的膜层组分尖晶石型过渡金属复合氧化物禁带宽度 0.97eV，符合太阳能辐射的主要分布范围，具有光谱选择性。传统的尖晶石型复合氧化物通过溶胶凝胶自蔓延燃烧法并在一定温度下煅烧的方法制得（此法又称湿法），该方法制备的过程中最后一步会以乙醇为燃烧剂，凝胶中的大部分组份会燃烧掉，这就决定了其成品率非常低，对实现工业化生产极为不利甚至根本就不能实现工业化
生产，且最后燃烧阶段温度不受控，产生的大量焦耳热容易使颜料晶型结构发生变化。
[0006]
技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种制备简单, 使用固相法制备尖晶石型过渡金属复合氧化物，并利用其为吸光剂制备选择性吸热膜层的方法。
[0008]本专利技术所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本专利技术是一种高效大面积平板太阳能集热器用选择性吸热膜层的制备方法，包括如下步骤：(1) 固相法制备过渡金属复合氧化物颜料,步骤如下:a、按照摩尔比3.4
‑
3.8:4.1
‑
4.5：4.0
‑
4.3秤取氧化铜、二氧化锰、二氧化钛，在1500℃下煅烧8h
‑
12h，煅烧完成后冷却至常温；b、研磨：用高剪切分散机高速粉碎步骤a中物质至无肉眼可见颗粒即可；c、成晶：完全粉碎后，加入反应釜中，在搅拌条件下按照摩尔比6.5
‑
6.9:1.5
‑
2.2:2.2
‑
2.6加入柠檬酸、抗坏血酸Vc、钛酸酯，保持温度200℃
‑
250℃且搅拌成晶，搅拌时间为45h
‑
50h；d、再煅烧：待反应完成后，使用马沸炉，在500℃
‑
700℃温度下煅烧8h
‑
10h，即得到三元过渡金属复合氧化物CuMnTiOx，其禁带宽度 为0.97eV；e、粉碎：使用行星式研磨机将三元过渡金属复合氧化物进行粉碎；f、过滤：粉碎后的氧化物，经4500目
‑
5500目振动筛过滤后，即得到D50=50纳米的过渡金属复合氧化物颜料；(2) 色浆制备：称取上述颜料，按重量比例1：1加入稀释剂，所述稀释剂由重量比为丙二醇甲醚乙酸酯：DBE：环己酮=20:70:10组成，充分浸泡、润湿后再加入颜料重量35%
‑
39%的分散剂，再加入总重量1
‰
的消泡剂，在6000r/min
‑
10000r/min转速下搅拌15min
‑
20min后，用棒销型卧式砂磨机研磨分散6h
‑
8h，可得到D50=80纳米的浆料，再在1000r/min
‑
2500r/min转速下搅拌，加入总重量2
‰‑3‰
的防沉剂，继续搅拌15min
‑
20min使防沉剂中的脲基完全分散即制得太阳能选择性吸热色浆；(3) 膜层制备,步骤如下:a、基材清洗：用10%
‑
15%浓度的弱酸溶液浸泡基材5min
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8min，再用去离子水冲洗干净，在80℃
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100℃下烘干即可；b、镀膜：将基材待镀膜的一面加热至半熔融状态，再将上述制得的色浆置于超声波发生器中，利用超声空化效应使浆料雾化，再由压缩空气输送至螺旋形磁场加速器内，在磁场加速的情况下，轰击在半熔融态的基材表面，色浆会与半熔融态的基材分子间相互渗透，而渗透过程中，色浆中的稀释剂以及助剂会急速挥发并使得基材冷却，形成一种过渡金属复合氧化物镶嵌在基材表面的形态；通过雾化作用，颜料分子均匀的分布在基材表面，制得均匀、致密，厚度不超过100纳米的吸热膜层。
[0009]本专利技术所述的制备方法中，所述的固相法制备过渡金属复合氧化物颜料,步骤a中，氧化铜、二氧化锰、二氧化钛的摩尔比为3.6:4.3：4.1。
[0010]本专利技术所述的制备方法中，所述的固相法制备过渡金属复合氧化物颜料,步骤c中, 柠檬酸、抗坏血酸Vc、钛酸酯的摩尔比为6.7:1.9:2.4。
[0011]本专利技术所述的制备方法中，膜层制备的步骤a中，弱酸溶液为磷酸二氢钠或磷酸氢钠或磷酸钠中任一种。
[0012]本专利技术所述的制备方法中，所述的色浆制备步骤中, 分散剂为BYK
‑
2150分散剂，消泡剂为BYK
‑
141消泡剂，防沉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效大面积平板太阳能集热器用选择性吸热膜层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1) 固相法制备过渡金属复合氧化物颜料,步骤如下:a、按照摩尔比3.4
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3.8:4.1
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4.5：4.0
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4.3秤取氧化铜、二氧化锰、二氧化钛，在1500℃下煅烧8h
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12h，煅烧完成后冷却至常温；b、研磨：用高剪切分散机高速粉碎步骤a中物质至无肉眼可见颗粒即可；c、成晶：完全粉碎后，加入反应釜中，在搅拌条件下按照摩尔比6.5
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6.9:1.5
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2.2:2.2
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2.6加入柠檬酸、抗坏血酸Vc、钛酸酯，保持温度200℃
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250℃且搅拌成晶，搅拌时间为45h
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50h；d、再煅烧：待反应完成后，使用马沸炉，在500℃
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700℃温度下煅烧8h
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10h，即得到三元过渡金属复合氧化物CuMnTiOx，其禁带宽度 为0.97eV；e、粉碎：使用行星式研磨机将三元过渡金属复合氧化物进行粉碎；f、过滤：粉碎后的氧化物，经4500目
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5500目振动筛过滤后，即得到D50=50纳米的过渡金属复合氧化物颜料；(2) 色浆制备：称取上述颜料，按重量比例1：1加入稀释剂，所述稀释剂由重量比为丙二醇甲醚乙酸酯：DBE：环己酮=20:70:10组成，充分浸泡、润湿后再加入颜料重量35%
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39%的分散剂，再加入总重量1
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的消泡剂，在6000r/min
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10000r/min转速下搅拌15min
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20min后，用棒销型卧式砂磨机研磨分散6h
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【专利技术属性】
技术研发人员：焦青太，许道金，胡张顺，肖成珍，李筛，王树怀，李开春，王永，张旭，李豪举，
申请(专利权)人：日出东方控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：