钒基高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法技术

一种钒基高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，选择性吸收涂层由三层膜组成，包括底层红外反射层、中间吸收层和表层减反层，底层红外反射层沉积于基体表面，中间吸收层沉积于底层红外反射层上，表层减反层沉积于中间吸收层上；底层红外反射层由金属V膜组成，中间吸收层包括第一亚层和第二亚层，第一亚层和第二亚层均由V+SiO2膜或V+Al2O3膜组成，表层减反层由SiO2膜或Al2O3膜组成；其具有高温稳定性，对太阳光谱的吸收率高，发射率低。本发明专利技术的制备工艺简单、操作方便、易于控制、溅射速率快，能缩短生产周期，工艺稳定，能大大降低设备成本和生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及槽式太阳能高温热发电
，特别涉及一种。
技术介绍
太阳能热发电是大规模开发利用太阳能的一个重要技术途径，目前有塔式、槽式、 碟式系统，其中以槽式和塔式系统商业应用较多，特别是槽式太阳能热发电，是迄今为止世界上唯一经过20年商业化运行的成熟技术，其造价远低于光伏发电。槽式聚光热发电系统的储能系统可以实现24小时运行，随着规模的增加，发电成本也具有很强的竞争力。目前， 欧洲和美国正在建设一批改进的槽式太阳能热发电系统，其应用温度更高，性能更加优越。槽式太阳能热发电中关键技术是高温太阳能选择性吸收涂层。对于太阳能选择性吸收涂层，虽然已经研究和广泛使用了黑铬、阳极氧化着色Ni-Al2O3以及具有成份渐变特征的SS-C/SS (不锈钢)和A1-N/A1等膜系，但都是属于低温应用，应用温度在200°C以内。 为提高应用温度，开发了适合中温服役条件下的选择性吸收涂层，像Mo-A1203/Cu、SS-AlN/ SS等材料体系，其使用温度能达到200°C _450°C。但是双靶或多靶共溅射、射频溅射等工艺沉积率低，生产周期长，工艺复杂且成本较高。为了配合槽式太阳能热发电向更高温度、更高效率发展的趋势，拓宽高温槽式太阳能选择性吸收涂层的材料体系，需研发热稳定性好、吸收率高、且工艺简单的选择性吸收涂层及制备技术。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有技术的缺点的问题，提供一种，所述选择性吸收涂层对太阳光谱的吸收率高、热稳定性能好，其制备工艺简单，操作方便、生产周期短、溅射工况稳定。一种，所述选择性吸收涂层由三层膜组成，所述三层膜包括底层红外反射层、中间吸收层和表层减反层，所述底层红外反射层沉积于基体表面，所述中间吸收层沉积于底层红外反射层上，所述表层减反层沉积于中间吸收层上；所述底层红外反射层由金属V膜组成，所述中间吸收层包括第一亚层和第二亚层，所述第一亚层和第二亚层均由V+Si02膜组成，所述表层减反层由SiO2膜组成；所述选择性吸收涂层的制备方法，包括以下步骤①、首先处理基体首先对所述基体进行表面处理，依次进行抛光，酒精和丙酮超声波清洗，去离子水超声波清洗，待清洗完成后进行烘干处理并置入磁控溅射腔体中；然后再使用离子轰击所述基体的表面，增强所述基体与所述底层红外反射层的结合力；②、在基体上沉积底层红外反射层采用金属V靶通过中频磁控溅射或直流磁控溅射方式在所述基体表面制备底层红外反射层，在制备时，以Ar气作为溅射气体制备V膜，所述底层红外反射层的厚度为100 400nm ；③、在底层红外反射层上沉积中间吸收层在V靶进行中频磁控溅射或直流磁控溅射的同时，采用SiO2靶通过射频磁控溅射方式沉积SiO2,形成V+Si02膜，即形成了所述中间吸收层的第一亚层，所述第一亚层的厚度为 30 150nm ;所述第一亚层完成后，增加射频磁控溅射SiO2靶的功率，同时，降低中频磁控溅射或直流磁控溅射V靶的功率，制备第二亚层的V+Si02膜，所述第二亚层的厚度为30 150nm ；④、在中间吸收层上沉积表层减反层停止中频磁控溅射或直流磁控溅射V靶，继续射频磁控溅射SiO2靶，形成SiO2膜，即形成了表层减反层，所述表层减反层的厚度为30 lOOnm。在其中一个实施例中，所述吸收层中第一亚层中V的体积百分比大于第二亚层中 V的体积百分比；所述第一亚层中V的体积百分比为40% 70%，所述第二亚层中V的体积百分比为10% 30%o在其中一个实施例中,所述基体为不锈钢管。在其中一个实施例中，所述V靶的纯度彡99. 99%，所述SiO2靶的纯度彡99. 99%。本专利技术是在Macleod光学软件模拟优化钒基选择性吸收涂层的基础上通过具体制备方法来制备。钒属于高熔点金属，熔点高达1919°C，具有好的高温稳定性，且钒金属薄膜在红外波段的反射率较高，满足制备高温低发射率太阳能选择性吸收涂层特性。光学软件模拟优化方法为I)、首先确定选择性吸收涂层的膜层结构选择性吸收涂层是由三部分构成底层红外反射层、中间吸收层和表层减反射层。随着光学模拟技术的进步，对干涉作用的应用越来越成功，提出了吸收层由不同金属填充因子的两个亚层膜系结构构成，其两亚层的光学常数不同，在吸收的同时，还能产生干涉相消作用，提高吸收率。为此选择金属钒作为底层红外反射层，中间吸收层为V+Si02* V+ Al2O3材料组成的两个亚层，表层减反层为SiO2或Al2O3材料。2)、确定选择性吸收涂层的各层膜的光学常数先采用多种制备方法制备金属钒膜，再通过傅里叶红外光谱仪测试在2 25微米波长内钒膜反射率，选出钒膜红外反射最高的制备工艺，同时通过椭偏仪测试出金属钒的光学常数，再通过椭偏仪测定制备的SiO2或Al2O3单层膜的光学常数。中间吸收层的两个亚层的光学常数通过等效介质Maxwell Garnett理论和 Bruggeman理论来计算,通过以下公式来计算出金属陶瓷吸收亚层的光学常数Maxwel I Garnett 理论 的表 达式 为权利要求1.一种，其特征在于所述选择性吸收涂层由三层膜组成，所述三层膜包括底层红外反射层、中间吸收层和表层减反层，所述底层红外反射层沉积于基体表面，所述中间吸收层沉积于底层红外反射层上，所述表层减反层沉积于中间吸收层上；所述底层红外反射层由金属V膜组成，所述中间吸收层包括第一亚层和第二亚层，所述第一亚层和第二亚层均由V+Si02膜组成，所述表层减反层由SiO2膜组成；所述选择性吸收涂层的制备方法，包括以下步骤①、首先处理基体首先对所述基体进行表面处理，依次进行抛光，酒精和丙酮超声波清洗，去离子水超声波清洗，待清洗完成后进行烘干处理并置入磁控溅射腔体中；然后再使用离子轰击所述基体的表面，增强所述基体与所述底层红外反射层的结合力；②、在基体上沉积底层红外反射层采用金属V靶通过中频磁控溅射或直流磁控溅射方式在所述基体表面制备底层红外反射层，在制备时，以Ar气作为溅射气体制备V膜，所述底层红外反射层的厚度为100 400nm ；③、在底层红外反射层上沉积中间吸收层在V靶进行中频磁控溅射或直流磁控溅射的同时，采用SiO2靶通过射频磁控溅射方式沉积SiO2,形成V+Si02膜，即形成了所述中间吸收层的第一亚层，所述第一亚层的厚度为 30 150nm ;所述第一亚层完成后，增加射频磁控溅射SiO2靶的功率，同时，降低中频磁控溅射或直流磁控溅射V靶的功率，制备第二亚层的V+Si02膜，所述第二亚层的厚度为30 150nm ；④、在中间吸收层上沉积表层减反层停止中频磁控溅射或直流磁控溅射V靶，继续射频磁控溅射SiO2靶，形成SiO2膜，即形成了表层减反层，所述表层减反层的厚度为30 lOOnm。2.根据权利要求I所述的，其特征在于所述吸收层中第一亚层中V的体积百分比大于第二亚层中V的体积百分比；所述第一亚层中V的体积百分比为40% 70%，所述第二亚层中V的体积百分比为10% 30%。3.根据权利要求I所述的，其特征在于所述基体为不锈钢管。4.根据权利要求I所述的，其特征在于所述V靶的纯度≥99. 99%，所述SiO2靶的纯度≥99. 99%。全文摘要一种，选择性吸收涂层由三层膜组成，包括底层红外反射层、中间吸收层和表层减反层，底层红外反射层沉积于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑礼清，沈剑山，周福云，谭卓鹏，贺东枚，
申请(专利权)人：东莞市康达机电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：