一种太阳光热转换吸收膜系及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种太阳光热转换吸收膜系及其制备方法，该转换吸收膜系为三层结构，由吸收底层、吸收中间层和减反射顶层构成；所述吸收底层和吸收中间层是由过渡金属M盐与铝盐构成的不同M盐含量的M-Al2O3混合水溶胶制备；所述减反射顶层由Al2O3溶胶、SiO2溶胶、Al2O3-SiO2混合溶胶制备。该膜系制备成本低廉，制备方法简单易行，对环境无污染；且膜系的光学性能达到实际应用要求，即太阳能吸收率大于0.90，发射率小于0.10。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能材料
，涉及。
技术介绍
太阳光热转换吸收薄膜是太阳能集热器最重要和最核心的部分，在太阳能热利用领域中起着关键作用，其制造成本的高低及性能的好坏直接影响着太阳能热利用的推广。 M-Al2O3复合薄膜是一种金属陶瓷薄膜，具有优异的光学性能和稳定性，广泛用作太阳能集热器表面。目前，常见的薄膜制备方法有真空蒸发、溅射成膜和离子镀等物理气相沉积方法以及电镀、阳极氧化等电化学沉积方法。但电化学方法中使用了大量磷酸盐，氰化物等有害物质，环境污染严重；物理气相沉积方法虽然少有环境污染，但需要昂贵的设备以实现高真空度，增加了薄膜制备成本。相比较而言，溶胶-凝胶法制备薄膜具有工艺简便、设备要求低以及适合于大面积制膜等优点，能有效降低金属陶瓷薄膜的制备成本；同时，通过选用环境友好的化学原料制备溶胶，薄膜的制备又符合绿色化学的理念，因而是极具潜力和希望的一种薄膜制备方法。尽管溶胶-凝胶法已经用于制备薄膜数十年，但迄今为止仅见数篇文献报道Al2O3基太阳光热转换吸收薄膜的溶胶-凝胶法制备。2007年，Bostrom等报道了以有机酸为胶溶剂、醇为溶剂的溶胶-凝胶法制备的Ni-Al2O3太阳光热转换吸收膜系 ；2010年，赵剑曦等也公开了一种基于溶胶-凝胶法制备的Ni-Al2O3太阳光热转换吸收膜系，他们以无机酸为胶溶剂，有机或无机铝盐、镍盐，螯合剂为原料，在脂肪醇中制备了镍溶胶和铝溶胶，再将两溶胶混合得到Ni-Al2O3溶胶，然后经成膜和惰性气氛热处理，直接生成吸收薄膜。但这两种方法均以有机醇为溶剂，显然不如水溶剂环保，成本也相对较高。相比有机醇溶剂，水剂下成溶胶的难度大，迄今未见水溶胶-凝胶法制备Al2O3基太阳光热转换吸收膜系的相关报道。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了，该膜系制备成本低廉，制备方法简单易行，对环境无污染；且膜系的光学性能达到实际应用要求，即太阳能吸收率大于0. 90，发射率小于0. 10。本专利技术是通过如下技术方案实施的本专利技术的太阳光热转换吸收膜系，其特征在于所述太阳光热转换吸收膜系为三层结构，由吸收底层、吸收中间层和减反射顶层构成；所述吸收底层和吸收中间层是由过渡金属 M盐与铝盐构成的不同M盐含量的M-Al2O3混合水溶胶制备；所述M表示过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源；所述太阳光热转换吸收膜系的水溶胶-凝胶法制备如下以水为溶剂，过渡金属M盐、铝盐、螯合剂为原料，将过渡金属M盐与铝盐分别与螯合剂制成M 溶胶和Al2O3溶胶；然后将上述两种溶胶混合并加入润湿剂作为前驱液，在金属基底上制备两层成分渐变的氧化铝基吸收膜和减反射顶层构成了光热转换吸收膜系。其中所述过渡金属M盐 为Ni、Co、Cu、Ag、Pt、Au、Pd或Fe中的一种的硝酸盐、卤化 盐、羧酸盐、氢氧化盐、碳酸盐、碱式碳酸盐、磷酸盐或硫酸盐。所述铝盐为硝酸铝或三氯化铝、烷氧基铝。所述螯合剂为含羧基、羰基、酯基、胺基、羟基、酰胺基或羧酸根的化合物，包括柠檬酸、乙二胺四乙酸、草酸、琥珀酸、己二酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯、二亚乙基三胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲酰胺或柠檬酸铵。所述润湿剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、氟改性聚氧乙烯醚、有机硅改性聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂。所述的高金属含量的M-Al2O3混合水溶胶中M的含量为70-90% ；所述的中等金属含量的M-Al2O3混合水溶胶中M的含量为20-60%。所述减反射顶层选自Al2O3溶胶、SiO2溶胶、Al2O3- SiO2混合水溶胶。本专利技术所述的一种基于水溶胶-凝胶法制备的太阳光热转换吸收膜系，其具体制备步骤如下a)M溶胶的制备将螯合剂、过渡金属M盐按质量比20:80-70:30加到水中，持续搅拌直至获得澄清的M溶胶；所述M表示过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源；b)Al2O3溶胶的制备将螯合剂、铝盐按质量比20 80-70 30加到水中，持续搅拌直至获得澄清的Al2O3溶胶；c)SiO2溶胶的制备将烷氧基硅烷、水和盐酸在搅拌下相混合，持续搅拌直至获得均相且澄清的SiO2溶胶；所述烷氧基硅烷和水的摩尔比< 0. 2，烷氧基硅烷和盐酸的摩尔比为 0. 01:1-0. 1:1 ；d)将步骤a)的M溶胶和步骤b)的Al2O3溶胶按M和Al的摩尔比70 30-90 10混合， 加入润湿剂，搅拌均勻后，得到高金属含量的M-Al2O3混合水溶胶；e)将步骤a)的M溶胶和步骤b)的Al2O3溶胶按M和Al的摩尔比20 80-60 40混合， 加入润湿剂，搅拌均勻后，得到中等金属含量的M-Al2O3混合水溶胶；f)将步骤b)的Al2O3溶胶和步骤c)的SiO2溶胶按Al和Si的摩尔比90:10-10:90混合，搅拌均勻后，得到Al2O3-SiO2混合水溶胶；g)将高金属含量的M-Al2O3混合水溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在金属基底上成膜， 经干燥和惰性气氛下热处理得到高金属含量的M-Al2O3吸收底层；h)将中等金属含量的M-Al2O3混合水溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在高金属含量的 M-Al2O3吸收底层上成膜后，经干燥和惰性气氛下热处理得到中等金属含量的M-Al2O3吸收中间层；i)将减反射顶层溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在中等金属含量的M-Al2O3吸收中间层上成膜后，经干燥和惰性气氛下热处理得到减反射顶层，获得所述光热转换吸收膜系。所述惰性气氛为N2 ；所述干燥的温度为50-90° C。所述热处理的升温速率为 1° C/min-50° C/min，热处理的温度为500-650° C，热处理时间为0. 5h 3h。本专利技术的显著优点是本专利技术采用溶胶-凝胶制备技术，以环境友好的水为溶剂， 制备吸收薄膜的M-Al2O3混合水溶胶，溶胶制备方法简单易行，原料易得，成本低廉；将加入润湿剂的M-Al2O3混合水溶胶于金属基底上成膜后，在惰性气氛下经热处理可直接得到 M-Al2O3吸收层，薄膜制备工艺简便、设备要求低、对环境无污染，且制备的M-Al2O3太阳能光热转换吸收膜系的太阳能吸收率皆在0. 9以上，可广泛用于太阳能光热转换领域的集热表面制备。具体实施例方式以下为本专利技术的具体实施案例，进一步描述本专利技术，但是本专利技术不仅限于此。实施例1最佳实施例1、搅拌下依次将21. Og柠檬酸、29. Ig六水硝酸镍加入到50mL水中，继续搅拌直至获得澄清的2. Omol/L的Ni溶胶。2、搅拌下依次将21. Og柠檬酸、37. 5g九水硝酸铝加入到50mL水中，继续搅拌直至获得澄清2. Omol/L的的Al2O3溶胶。3、室温下将15. 3g正硅酸乙酯和50mL含0. 001wt% HNO3的水溶液混合，并加入0. 1 衬％有机硅改性聚氧乙烯醚表面活性剂和0. 1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-9，持续搅拌至获得均相且澄清透明的1. 6mol/L的SW2溶胶。4、将Ni溶胶和Al2O3溶胶按Ni =Al摩尔比=80:20混合并加入1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-9，搅拌均勻后，获得镍含量为80%且具有合适润湿性能的Ni-Al2O3混合水溶胶。5、将Ni溶胶和Al2O3溶胶按Ni =Al摩尔比=40:60混合并加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种太阳光热转换吸收膜系，其特征在于：所述太阳光热转换吸收膜系为三层结构，由吸收底层、吸收中间层和减反射顶层构成；所述吸收底层和吸收中间层由不同过渡金属Ｍ含量的Ｍ－Ａｌ２Ｏ３混合水溶胶制备；所述减反射顶层由Ａｌ２Ｏ３溶胶、ＳｉＯ２溶胶、Ａｌ２Ｏ３－　ＳｉＯ２混合溶胶制备。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵剑曦，李镇祥，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：35