專利名稱：一種柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復(fù)合膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復(fù)合膜，屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在柔性金屬基底上鍍制多層膜構(gòu)成的高吸熱型金屬陶瓷復(fù)合膜是一種太陽能選擇性吸收材料，具有高吸收發(fā)射比和高效吸熱的特點(diǎn)，在太陽能熱利用等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但目前，太陽能選擇吸收膜的吸收層均為多層結(jié)構(gòu)，需要多次鍍制，其工藝復(fù)雜。 經(jīng)查證，太陽能選擇吸收膜的吸收層為一次連續(xù)卷繞鍍制且其中的金屬微粒體積分?jǐn)?shù)在介質(zhì)中呈連續(xù)梯度分布的金屬陶瓷吸收膜層，在國內(nèi)外專利中均未有記載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復(fù)合膜，該復(fù)合膜的吸收層為一層且其中的金屬微粒體積分?jǐn)?shù)在介質(zhì)中呈連續(xù)梯度分布。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復(fù)合膜，由柔性金屬基底向復(fù)合膜表面依次包含反射層、吸收層和減反層，所述吸收層為M-Al2O3金屬陶瓷膜層，其中摻雜的金屬M(fèi)微粒在被摻雜介質(zhì)Al2O3中從內(nèi)到外含量逐漸遞減，并呈梯度分布；所述 M 為金屬 Mo、Mn、Al、Au、Pt、Cu 或 SS。所述反射層為金屬Al膜層。所述減反層Al2O3膜層。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理如下
由于金屬陶瓷復(fù)合膜金屬微粒體積分?jǐn)?shù)過高會(huì)引起發(fā)射率升高，為了獲得高吸收發(fā)射比的金屬陶瓷復(fù)合膜，在薄膜材料吸收系數(shù)較低即體積分?jǐn)?shù)較低的情況下，應(yīng)盡量利用干涉效應(yīng)。為了增強(qiáng)干涉效果，應(yīng)選擇對太陽光譜的反射率高的金屬作為反射層材料。反射膜的反射系數(shù)越高，金屬陶瓷復(fù)合膜中由于干涉作用吸收能量所占的比率越大。金屬反射層材料可選用Ag或Al，其中Ag對太陽光譜的反射率較高，但由于Ag易氧化，會(huì)影響制備出的薄膜的光學(xué)性能。而Al對太陽光譜的反射率也較高，且Al在大氣中的穩(wěn)定性比Ag好， 因此選用Al作為反射層材料。在金屬Al膜上沉積一層有適當(dāng)光學(xué)常數(shù)的金屬陶瓷膜層能夠得到較高的吸收率和接近金屬底層的發(fā)射率。通過調(diào)節(jié)金屬陶瓷膜厚度，可在一定范圍內(nèi)得到所要求的太陽吸收率。根據(jù)選擇性吸收的原理，選擇M金屬微粒分散于Al2O3薄膜，這就改變了介質(zhì)Al2O3 薄膜的折射率η、消光系數(shù)k的值，得到金屬陶瓷膜材料，它作為吸收薄膜。通過在高反射 Al金屬膜上鍍制具有一定厚度和體積分?jǐn)?shù)的M-Al2O3金屬陶瓷膜，使得該材料在可見、近紅外波段具有很低的反射率，在紅外波段具有很高的反射率，即對可見、近紅外光的高吸收性和紅外波段低發(fā)射性。所以，本發(fā)明具有吸熱率高、紅外發(fā)射率低的特點(diǎn)，在太陽能熱利用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為優(yōu)化各膜層體積分?jǐn)?shù)后復(fù)合膜的模擬光譜反射曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明所述柔性金屬基底包括銅、鋁、不銹鋼等材料，所述金屬M(fèi)為Mo、Mn、Al、Au、 Pt、Cu或SS ；該金屬M(fèi)與Al2O3組成的任一梯度M- Al2O3金屬陶瓷膜層與所述柔性金屬基底的任意組合均為本發(fā)明所述的復(fù)合膜；
參照圖1，一種柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復(fù)合膜，由柔性金屬基底1向復(fù)合膜表面依次包含反射層、吸收層和減反層，所述反射層為金屬Al膜層2 ；所述吸收層為M-Al2O3 金屬陶瓷膜層3，其中摻雜的金屬M(fèi)微粒在被摻雜介質(zhì)Al2O3中從內(nèi)到外含量逐漸遞減，并呈梯度分布，由此使整個(gè)復(fù)合膜具備高效吸熱特性；所述減反層為Al2O3膜層4。所述M為金屬 Mo、Mn、Al、Au、Pt、Cu 或 SS。設(shè)定所要制備出的柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復(fù)合膜的光學(xué)目標(biāo)為太陽吸收率大于等于0. 9，發(fā)射率小于等于0. 1。為了實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，通過光學(xué)計(jì)算結(jié)合光學(xué)設(shè)計(jì)軟件來優(yōu)化各膜層的厚度，得出金屬陶瓷復(fù)合膜光譜反射率曲線，利用此曲線通過熱學(xué)公式計(jì)算出太陽吸收率和半球發(fā)射率，如果計(jì)算結(jié)果滿足事先的設(shè)定，那各膜層的厚度為可參考的厚度；由于各膜層的厚度組合結(jié)果有可能為幾種方案，需結(jié)合現(xiàn)有的鍍膜設(shè)備和工藝，找出切實(shí)可行的一組各膜層厚度組合作為實(shí)際鍍膜工藝參考。首先，利用TFcale光學(xué)設(shè)計(jì)軟件帶入初步確定的各個(gè)膜層的厚度值，并假定各膜層的體積分?jǐn)?shù)，構(gòu)建模型程序需要兩個(gè)隨波長變化的光學(xué)參數(shù)，即，折射率η和消光系數(shù)k 之后，對各膜層的厚度進(jìn)行優(yōu)化，得到理論計(jì)算的波長250nm到20mm范圍內(nèi)整個(gè)膜系的反射率曲線，如圖2所示。通過優(yōu)化各膜層厚度結(jié)果可知，金屬陶瓷膜層體積分?jǐn)?shù)是由內(nèi)層向多層膜表面逐漸減小。根據(jù)光譜反射曲線，利用數(shù)值計(jì)算的方法算出薄膜的半球發(fā)射率e (T)和太陽吸收率as是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。如果計(jì)算結(jié)果滿足事先的設(shè)定，則該計(jì)算出的各膜層的厚度作為制備時(shí)的參考厚度。因?yàn)楦髂拥暮穸冉M合結(jié)果有可能為幾種方案， 需結(jié)合現(xiàn)有的鍍膜設(shè)備即工藝水平、條件，找出符合實(shí)際的最優(yōu)各膜層厚度組合作為實(shí)際制備時(shí)的選用數(shù)據(jù)。其中，太陽吸收率as計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復(fù)合膜，由柔性金屬基底向復(fù)合膜表面依次包含反射層、吸收層和減反層，其特征在于所述吸收層為M-Al2O3金屬陶瓷膜層，其中摻雜的金屬M(fèi)微粒在被摻雜介質(zhì)Al2O3中從內(nèi)到外含量逐漸遞減，并呈梯度分布；所述M為金屬M(fèi)o、 Mn、Al、Au、Pt、Cu 或 SS。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷復(fù)合膜，其特征在于所述反射層為金屬Al膜層。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷復(fù)合膜，其特征在于所述減反層為Al2O3膜層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復(fù)合膜，屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域。所述復(fù)合膜由柔性金屬基底向復(fù)合膜表面依次包含反射層、吸收層和減反層，所述吸收層為M-Al2O3金屬陶瓷膜層，其中摻雜的金屬M(fèi)微粒在被摻雜介質(zhì)Al2O3中從內(nèi)到外含量逐漸遞減，并呈梯度分布由此使整個(gè)復(fù)合膜具備高效吸熱特性。本發(fā)明具有吸熱率高、紅外發(fā)射率低不易分解等特點(diǎn)，在太陽能熱利用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號B32B15/20GK102501461SQ201110354
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者馮煜東, 王志民, 王藝, 趙慨, 速小梅 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一〇研究所