專利名稱：一種高穩(wěn)定性的太陽能選擇性吸熱涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及利用磁控濺射沉積技術(shù)制備的高穩(wěn)定性的太陽能選擇性吸熱涂層。
背景技術(shù)：
太陽能選擇性吸熱涂層是在太陽光譜范圍(0. 3^2. 5微米)具有較高的吸收率a，在紅外區(qū)域(2 50微米)具有低的發(fā)射率e，它能把低能量密度的太陽能轉(zhuǎn)換成高能量密度的熱能，把太陽能收集起來，提高太陽能光熱轉(zhuǎn)換效率。太陽能吸熱涂層被應(yīng)用到太陽能集熱設(shè)備上，分為低溫，中溫和高溫利用涂層。工作溫度越高，其熱轉(zhuǎn)化效率也就越高，太陽能熱利用朝中高溫方向發(fā)展是必然的趨勢。當今我國在中低溫太陽能吸熱涂層的制備方面已經(jīng)具備成熟的技術(shù)。A1/A1N漸變涂層和SS-AlN干涉吸收涂層已經(jīng)在真空管太陽能熱水器領(lǐng)域大面積推廣使用。但是在中高溫?zé)崂妙I(lǐng)域，我國在涂層制備方面技術(shù)仍不成熟，研制具有高溫穩(wěn)定性能的太陽能吸熱涂層是太陽能熱利用領(lǐng)域工作者努力的方向。根據(jù)吸收太陽光的原理和膜層結(jié)構(gòu)的不同，選擇性吸收膜層的基本類型有半導(dǎo)體膜層；干涉膜層；多層漸變膜層；金屬-陶瓷膜層；多孔膜層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在大氣環(huán)境中具有高穩(wěn)定性的太陽能中高溫選擇性吸熱涂層。本發(fā)明提出的高穩(wěn)定性的太陽能選擇性吸熱涂層，涂布在太陽能集熱元件的基底上，其特征在于自基底向上由擴散阻隔層、Ag紅外高反層、干涉吸收層組成，所述干涉吸收層由介質(zhì)層和Al合金層組成復(fù)合結(jié)構(gòu)。擴散阻隔層為Mo、W兩種金屬中的一種，厚度為30_100nm。其主要作用是在高溫時，阻止基底中的元素向膜層擴散，防止膜層組成被破壞，從而提高膜層的高溫穩(wěn)定性能。紅外高反層由40_120nm的Ag層構(gòu)成,其主要作用是提高涂層對紅外的反射能力，從而具備涂層熱輻射率。干涉吸收層由介質(zhì)層和金屬合金交替形成，優(yōu)選是外側(cè)兩層介質(zhì)層和中間的Al合金層組成的三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)。最外層，即與大氣接觸的一層為介質(zhì)層。其中介質(zhì)為鋁、硅的氧化物、氮化物和氮氧化物中的一種，其厚度為30-80nm ;而Al合金層為鋁鎳、鋁鈦、鋁鉻、鋁硅、鉻鎳、鋁鈦鉻、鋁鎳鉻、鋁硅鉻中的一種，厚度為10-30nm。本發(fā)明采用磁控濺射技術(shù)制備各涂層，在清洗后的基底上依次制備上述順序的涂層。介質(zhì)層通過相應(yīng)的金屬靶與對應(yīng)氣氛反應(yīng)濺射制備得到。本發(fā)明涂層具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能、高的太陽能吸收率和低的熱輻射率，工藝相對簡單，適合大面積推廣使用。


圖I為本發(fā)明實施例I太陽能選擇性吸收涂層的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明內(nèi)容作進一步說明。以下實施例僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。實施例I涂層采用磁控濺射的方法進行制備。濺射室中共有四種靶，分別為Mo靶、Ag靶、CrAl合金靶和Al靶。在清洗好的不銹鋼基底上制備第一層擴散阻隔層Mo層，厚度為30nm，接著制備紅外高反層Ag層,厚度為lOOnm。開始制備干涉吸收層,先制備介質(zhì)層,通入氧氣與Al反應(yīng)派射制備氧化招介質(zhì)層,厚度為40nm,再制備12nm的CrAl合金層,最后再通過反應(yīng)濺射制備60nm的氧化鋁介質(zhì)層，至此，吸收涂層的制備完成。具體結(jié)構(gòu)相見附圖I所示。 將涂層至于400攝氏度大氣環(huán)境中老化70小時后自然冷卻。測試結(jié)果表明吸收率為0. 94，發(fā)射率為0. 06，涂層具有良好的熱穩(wěn)定性。實施例2涂層采用磁控濺射的方法進行制備。濺射室中共有四種靶，分別為Mo靶、Ag靶、AlTiCr合金靶和Al靶。在清洗好的不銹鋼基底上制備第一層擴散阻隔層Mo層，厚度為55nm,接著制備紅外高反層Ag層，厚度為120nm。開始制備干涉吸收層,先制備介質(zhì)層,通入氧氣與Al反應(yīng)派射制備氧化招介質(zhì)層，厚度為30nm,再制備18nm的AlTiCr合金層，再制備40nm的氧化招介質(zhì)層,制備25nm的AlTiCr合金層,最后再通過反應(yīng)派射制備68nm的氧化鋁介質(zhì)層，吸收涂層的制備完成。測試結(jié)果表明，涂層常溫下吸收率為0. 96，發(fā)射率為0. 05.實施例3涂層采用磁控濺射的方法進行制備。濺射室中共有四種靶，分別為W靶、Ag靶、AlTi合金靶和Si靶。在清洗好的不銹鋼基底上制備第一層擴散阻隔層W層，厚度為30nm，接著制備紅外高反層Ag層，厚度為80nm。開始制備干涉吸收層，先制備介質(zhì)層，通入氧氣與Si反應(yīng)派射制備氧化娃介質(zhì)層，厚度為33nm,再制備20nm的AlTi合金層，再制備45nm的氧化硅介質(zhì)層，吸收涂層的制備完成。測試結(jié)果表明，涂層常溫下吸收率為0. 94，發(fā)射率為0. 05.實施例4涂層采用磁控濺射的方法進行制備。濺射室中共有四種靶，分別為W靶、Ag靶、AlNi合金靶和Si靶。在清洗好的玻璃基底上制備第一層擴散阻隔層W層，厚度為70nm，接著制備紅外高反層Ag層,厚度為45nm。開始制備干涉吸收層,先制備介質(zhì)層,通入氧氣與Si反應(yīng)派射制備氧化娃介質(zhì)層,厚度為43nm,再制備25nm的AlNi合金層,再制備60nm的氧化硅介質(zhì)層，吸收涂層的制備完成。測試結(jié)果表明，涂層常溫下吸收率為0. 96，發(fā)射率為0.05。經(jīng)過500攝氏度大氣環(huán)境中老化48小時后自然冷卻。測試結(jié)果表明吸收率為0.93，發(fā)射率為0. 07，涂層具有良好的熱穩(wěn)定性。實施例5涂層采用磁控濺射的方法進行制備。濺射室中共有四種靶，分別為W靶、Ag靶、AlSi合金靶和Al靶。在清洗好的玻璃基底上制備第一層擴散阻隔層Mo層，厚度為lOOnm，接著制備紅外高反層Ag層,厚度為78nm。開始制備干涉吸收層,先制備介質(zhì)層,通入氧氣和氮氣與Al反應(yīng)派射制備氮氧化招介質(zhì)層,厚度為80nm,再制備30nm的AlSi合金層,再制備SOnm的氮氧化鋁介質(zhì)層，吸收涂 層的制備完成。測試結(jié)果表明，涂層常溫下吸收率為0. 95，發(fā)射率為0.06。經(jīng)過500攝氏度大氣環(huán)境中老化48小時后自然冷卻。測試結(jié)果表明吸收率為0. 93，發(fā)射率為0. 08，涂層熱穩(wěn)定性良好。
權(quán)利要求
1.一種太陽能選擇性吸收涂層，涂布在太陽能集熱元件的基底上，其特征在于涂層自基底向上由擴散阻隔層、Ag紅外高反層、干涉吸收層組成，所述干涉吸收層由介質(zhì)層和Al合金層組成復(fù)合結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求I所述的太陽能選擇性吸收涂層，其特征在于，所述的擴散阻隔層選自金屬W、Mo兩種金屬中的一種，厚度為30_100nm。
3.如權(quán)利要求I所述的太陽能選擇性吸收涂層，其特征在于，所述的紅外高反層由40-120nm的Ag層構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求I所述的太陽能選擇性吸收涂層，其特征在于，所述干涉吸收 層為外側(cè)兩層介質(zhì)層和中間的Al合金層組成的三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求I或4所述的太陽能選擇性吸收涂層，其特征在于，所述介質(zhì)層選自鋁、硅的氧化物、氮化物和氮氧化物中的一種，其厚度為30-80nm。
6.如權(quán)利要求I或4所述的太陽能選擇性吸收涂層，其特征在于，所述鋁合金層選自鋁鎳、鋁鈦、鋁鉻、鋁硅、鉻鎳、鋁鈦鉻、鋁鎳鉻、鋁硅鉻中的一種，厚度為10-30nm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在大氣環(huán)境中具有高穩(wěn)定性的太陽能中高溫選擇性吸熱涂層。涂布在太陽能集熱元件的基底上，本發(fā)明提出的高穩(wěn)定性的太陽能選擇性吸熱涂層自基底向上由擴散阻隔層、Ag紅外高反層、干涉吸收層組成，所述干涉吸收層由介質(zhì)層和Al合金層組成復(fù)合結(jié)構(gòu)。該涂層具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能、高的太陽能吸收率和低的熱輻射率，工藝相對簡單，適合大面積推廣使用。
文檔編號B32B9/04GK102734962SQ201210214
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者侯乃升, 呂錫山, 徐剛, 熊斌 申請人:四川中科百博太陽能科技有限公司