一种中高温太阳能光热选择性吸收涂层制造技术

本发明专利技术涉及一种太阳能选择性吸收涂层。该涂层沉积在金属基底上，涂层从基底表面向上依次为：粘结过渡层、红外高反射层、高金属含量的金属陶瓷复合薄膜、低金属含量的金属陶瓷复合薄膜、减反射薄膜。本发明专利技术所采用的红外高反射层为金属化合物薄膜，该化合物薄膜在红外波段具有高反射率，在太阳光波段具有高的吸收率，同时该化合物薄膜具有高的硬度和抗氧化特性。该金属化合物薄膜所采用的金属与粘结过渡层、金属陶瓷复合薄膜所采用的金属为同一种金属，减少了材料之间的相互污染问题，涂层制备简单。该涂层在大气质量因子AM1.5条件下，涂层吸收率大于95%，半球发射率小于10%；同时该涂层具有良好的热稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种中高温太阳能光热选择性吸收涂层
本专利技术涉及一种新型太阳能光热选择性吸收涂层，是当前太阳能槽式光热发电、太阳能空调、海水淡化等太阳能光热利用中的关键技术之一。属于太阳能光热利用
。
技术介绍
当前太阳能的中高温光热利用越来越受到人们的重视，其利用方式包括太阳能光热发电、太阳能海水淡化、太阳能加热与干燥、太阳能空调等。而槽式太阳能光热发电是太阳能中高温光热利用的典型代表，在国外已经开始商业化应用，而国内正处于起步阶段，商业化应用前景广阔。而中高温太阳能光热选择性吸收涂层是槽式太阳能光热发电核心部件——太阳能集热管的关键技术。太阳能光热选择性吸收涂层具有在0.3-2.5 高吸收，在2.5-25 u m高反射特性，是直接将太阳光转变成热能，同时又防止辐射损耗的功能性薄膜。为提高太阳能热利用效率，太阳能利用正从中低温(80-300°C )向中高温(300-600 V )发展。目前已研究和发展的中高温太阳能光热选择性吸收涂层，红外反射层主要采用Au、Cu、Mo等具有高反射率的高温相对稳定金属材料，随工作温度提高和使用时间延长，在高温下易发生扩散和氧化，从而使得发生率升高；其吸收层为难熔金属粒子团簇弥散于陶瓷介质层内的金属陶瓷薄膜，选用的难熔金属材料主要由W、Mo、Au、SS、Pt等，同样难熔金属粒子团簇在高温下易发生氧化、扩散等，从而造成选择性吸收涂层长期在高温下服役其吸收性能下降，甚至失效；此外，一般的太阳能选择性吸收涂层为三种以上材料组成，对于涂层制造设备和制备工艺都提出了较为严格的要求。为此我们提出了一种新型中高温太阳能光热选择性吸收涂层，该涂层制备仅需要两种靶材，在保证高温下高吸收率和的发射率的同时，大大简化了制备工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种中高温应用太阳能光热选择性吸收涂层，它适用于450°C以内各种太阳能光热转换系统，如太阳能光热发电、太阳能空调、太阳能干燥和加热以及海水淡化等。本专利技术所涉及的中高温太阳能光热选择性吸收涂层，由吸热基底表面到顶部依次由五层膜组成，涂层的结构具体如下:基底材料为铜或不锈钢材料。第一层为粘结过渡层，由2_20nm厚的金属Ti薄膜组成；第二层为红外反射层，由80_200nm厚的TiN薄膜构成，同时起到阻挡材料散层和阻氢作用；第三层为高金属含量吸收层，其成分由金属钛颗粒和绝缘介质层组成，该绝缘介质层采用Al2O3或Si02。该层的厚度为8nm-120nm，金属钛的体积含量为30%_60% ；第四层为低金属含量吸收层，其成分仍由金属钛颗粒和绝缘介质层组成，该绝缘介质层仍采用Al2O3或Si02。该层的厚度为20nm-150nm，金属钛的体积含量为10%_30% ；第五层为30-200nm厚的减反射层，该减反射层采用Al2O3或Si02。本专利技术所涉及的中高温太阳能光热选择性吸收涂层采用磁控溅射方法制备。该涂层具有高的吸收率高、低的发射率以及良好的热稳定性，制备工艺简便，适合于工业批量化生产。本专利技术优点:本专利技术涉及一种新型太阳能选择性吸收涂层，本专利技术中红外反射层采用TiN薄膜，TiN薄膜在红外波段具有高的反射率，同时在可见波段具有较高的吸收，TiN薄膜又具有高的硬度和抗氧化特性，具有较高的高温稳定性，可以起到抗扩散和阻氢作用；粘结层和金属陶瓷复合薄膜中的金属均采用金属钛，而金属陶瓷薄膜和减反射薄膜中的陶瓷介质材料均采用Al2O3或SiO2,整个涂层在制备过程中仅采用两种靶材，制备工艺简单，避免了采用多种靶材时相互之间的污染问题。本专利技术所涉及的太阳能选择性吸收涂层，适用于450 °C以内的中高温太阳能集热管。在大气质量因子AMl.5条件下，本专利技术涂层吸收率大于95%，半球发射率小于10%，该涂层具有良好的热稳定性，可长期在450°C内的真空环境下使用。本专利技术在太阳能热利用领域具有重要的实用价值和广阔的应用前景。【附图说明】图1为本专利技术涂层剖面层结构示意图。图中:1、基底材料不锈钢(SS 316L或304)，2、连接层金属钛(Ti)，3、TiN红外反射层，4、高金属含量TiAl2O3或Ti/Si02陶瓷复合涂层，5、低金属含量TiAl2O3或Ti/Si02陶瓷复合涂层，6、Al2O3或SiO2减反射膜。【具体实施方式】一种中高温太阳能光热选择性吸收涂层，涂布在基底上，从基底表面向上依次为粘结层、红外反射层、高金属含量吸收层、低金属含量吸收层、介质减反射层；粘结层为金属Ti薄膜层；红外反射层为TiN薄膜层，同时起到扩散阻挡层和渗氢阻挡层作用；高金属含量吸收层是由金属钛颗粒和绝缘介质组成，所述高金属含量是指金属钛于吸收层中的体积含量为30%-60% ;绝缘介质层采用A1203或Si02 ；低金属含量吸收层是由金属钛颗粒和绝缘介质组成，所述低金属含量是指金属钛于吸收层中的体积含量为15%-30% ;绝缘介质层采用A1203或Si02 ；介质减反射层为A1203或Si02。基底材料为不镑钢或铜等材料。第一层为粘结层，由2_20nm厚的金属Ti薄膜组成；第二层为红外反射层，由80_200nm厚的TiN薄膜构成；第三层为高金属含量吸收层，其成分由金属钛颗粒和绝缘介质层组成，该绝缘介质层采用Al2O3或Si02。该层的厚度为8nm-80nm，金属钛的体积含量为30%_60% ；第四层为低金属含量吸收层，其成分仍由金属钛颗粒和绝缘介质层组成，该绝缘介质层仍采用Al2O3或Si02。该层的厚度为20nm-80nm，金属钛的体积含量为15%_30% ；第五层为30_90nm厚的减反射层，该减反射层采用Al2O3或Si02。所述高金属含量吸收层和低金属含量吸收层是采用磁控溅射沉积方法制备的，其由金属钛和绝缘介质采用共溅射或交替沉积多亚层方法制备，每一亚层厚度在1-1Onm以内；所述绝缘介质为A1203或Si02材料。本专利技术涉及一种利用磁控溅射制备的、能在450°C内稳定工作的太阳能选择性吸收涂层。该涂层沉积可沉积在不锈钢、铜、铝等金属基底上，涂层从基底表面向上依次为:粘结过渡层、红外高反射层、高金属含量的金属陶瓷复合薄膜、低金属含量的金属陶瓷复合薄膜、减反射薄膜。与传统的太阳能选择性吸收涂层不同，本专利技术所涉及的选择性吸收涂层所采用的红外高反射层为金属化合物薄膜，而不是传统的金属薄膜，该化合物薄膜在红外波段具有高反射率，在太阳光波段具有高的吸收率，同时该化合物薄膜具有高的硬度和抗氧化特性。该金属化合物薄膜所采用的金属与粘结过渡层、金属陶瓷复合薄膜所采用的金属为同一种金属，减少了使用多种材料之间的相互污染问题，使得涂层制备简单，对于简化工业化镀膜生产线具有重要意义。以下实施例为本专利技术的实施方法，仅用于说明本专利技术，而非用于限制本专利技术。实施例:结合图1所示的涂层剖面层，涂层制备工艺流程为:(1)使用磁控溅射系统，选用99.8%的Ti靶材、99.99%的Al2O3靶材；基体使用316L不锈钢。沉积开始前，将真空室本底真空抽至5X10-4Pa。(2)充入工作气体Ar，调节流量使得真空度稳定于溅射气压0.5Pa,开启Ti靶的中频电源，调 节溅射电流为6.0A，占空比为50.0%，偏压电源功率为70w，占空比为30%，制备了 IOnm的金属Ti作为过渡粘结层。(3)调节N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中高温太阳能光热选择性吸收涂层，制备于金属基底上，从基底表面向上依次为叠合的粘结过渡层、红外反射层、高金属含量吸收层、低金属含量吸收层、减反射层，其特征在于：所述吸收涂层由吸热基底表面到顶部依次由五层膜组成，第一层为粘结过渡层，由金属Ti薄膜组成;第二层为红外反射层，由TiN薄膜构成；第三层为高金属含量吸收层，其成分由金属钛颗粒亚层和绝缘介质亚层依次交替组成，该绝缘介质层采用Al2O3或SiO2，金属钛的体积含量为30％?60％；第四层为低金属含量吸收层，其成分仍其成分由金属钛颗粒亚层和绝缘介质亚层依次交替组成，该绝缘介质层仍采用Al2O3或SiO2，金属钛的体积含量为10％?30％；第五层为减反射层，该减反射层采用Al2O3或SiO2。

【技术特征摘要】
1.一种中高温太阳能光热选择性吸收涂层，制备于金属基底上，从基底表面向上依次为叠合的粘结过渡层、红外反射层、高金属含量吸收层、低金属含量吸收层、减反射层，其特征在于:所述吸收涂层由吸热基底表面到顶部依次由五层膜组成，第一层为粘结过渡层，由金属Ti薄膜组成；第二层为红外反射层，由TiN薄膜构成；第三层为高金属含量吸收层，其成分由金属钛颗粒亚层和绝缘介质亚层依次交替组成，该绝缘介质层采用Al2O3或SiO2,金属钛的体积含量为30%-60%;第四层为低金属含量吸收层，其成分仍其成分由金属钛颗粒亚层和绝缘介质亚层依次交替组成，该绝缘介质层仍采用Al2O3或SiO2,金属钛的体积含量为10% _30% ;弟五层为减反射层，该减反射层米用Al2O3或Si02。2.如权利要求1所述的中高温太阳能光热选择性吸收涂层，其特征在于:基底材料为铝、铜或不锈钢材料，涂层沉积在金属基底上。3.如权利要求1所述的中高温太阳能光热选择性吸收涂层，其特征在于:第一层为粘结过渡层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，孙龙，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：