溶胶凝胶法制备中高温太阳吸收涂层及其性能研究

摘要

太阳光谱选择性吸收涂层在紫外-可见-近红外波段具有低的反射率，在红外波段具有高的反射率，可以最大程度吸收太阳辐射能并将其转化为热能，同时尽量减小自身向外界的热辐射，对于提高太阳能光热转换效率具有重要意义。过去，国内外对太阳光谱选择性吸收涂层的研究主要集中在中低温领域;近年来，随着人们对光热转换效率的高要求，中高温太阳选择性吸收涂层的研制和其光学性能成为人日益关注的焦点。本文就中高温太阳光谱选择性吸收涂层的制备与辐射特性展开研究，研究内容包括: 1.Ni-Al2O3太阳选择性吸收涂层辐射特性的研究 设计Ni-Al2O3太阳选择性吸收涂层，研究了金属Ni体积分数、涂层厚度以及双层结构对Ni-Al2O3涂层辐射特性的影响，为实验研究提供参考与指导。 采用溶胶-凝胶法制备了Ni-Al2O3太阳选择性吸收涂层，参照理论结果与实验条件，研究了热处理温度、Ni含量、入射角度、偏振光、双层结构对涂层辐射特性的影响，并对涂层热稳定性、耐候性和耐腐蚀性进行测试。 研究结果表明，当热处理温度为600℃时，Ni-Al2O3涂层形成金属陶瓷结构;金属Ni含量的增加有利于提高涂层的光谱选择性，当Ni含量为80％时，涂层α=0.92，ε=0.19;太阳入射角越小，涂层光谱选择性越强;而偏振光对涂层的辐射特性没有影响。Ni-Al2O3涂层在500℃下的高温稳定性较差，但是耐候性和耐腐蚀性较强。 2.CuCoMnOx太阳选择性吸收涂层辐射特性的研究 采用溶胶-凝胶法制备了CuCoMnOx太阳选择性吸收涂层，研究了热处理温度、入射角度、偏振光对涂层辐射特性的影响，并对涂层热稳定性、耐候性、耐腐蚀性进行测试。 研究结果表明，当热处理温度为500℃时，CuCoMnOx涂层形成尖晶石结构，光谱选择性最强，α=0.91，ε=0.148;随着入射角的增加，CuCoMnOx涂层α逐渐降低，ε逐渐升高;而偏振光对涂层的辐射特性没有影响;涂层的热稳定性、耐候性和耐腐蚀性都比较好。

目录

声明

摘要

主要符号表

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 太阳光谱选择性吸收涂层

1．2．1 太阳光谱选择性吸收涂层定义

1．2．2 太阳吸收率α和热发射率ε

1．3 太阳光谱选择性吸收涂层的研究现状

1．3．1 太阳光谱选择性吸收涂层的种类

1．3．2 太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法

1．3．3 国内外研究现状

1．4 本文的研究内容

2 太阳光谱选择性吸收涂层的制备与研究方法

2．1 Ni-Al2O3太阳选择性吸收涂层的制备

2．2 CuCoMnOx太阳光谱选择性吸收涂层的制备方法

2．3 太阳选择性吸收涂层物理特性的表征方法和辐射特性的测试方法

2．3．1 物理特性的表征方法

2．3．2 光学性能的测试方法

2．4 本章小结

3 Ni-Al2O3太阳光谱选择性吸收涂层的设计与理论计算

3．1 涂层的有效介质理论

3．2 金属陶瓷复合材料光学常数与金属体积分数的关系

3．3 Ni-Al2O3涂层光谱反射率与金属Ni体积分数的关系

3．4 Ni-Al2O3涂层光谱反射率与涂层厚度的关系

3．5 双层渐变结构涂层光谱反射率

3．6 本章小结

4 Ni-Al2O3太阳选择性吸收涂层的实验结果与分析

4．1．1 XRD物相分析

4．1．2 SEM表面形貌和EDS能谱分析

4．1．3 AFM表面粗糙度分析

4．1．4 Ni-Al2O3涂层光谱反射率测量结果分析

4．2 金属Ni含量对Ni-Al2O3涂层辐射特性的影响

4．3 不同角度入射光对Ni-Al2O3涂层辐射特性的影响

4．4 偏振光对Ni-Al2O3涂层辐射特性的影响

4．5 高低金属Ni含量双层结构对Ni-Al2O3涂层辐射特性的影响

4．6 Ni-Al2O3涂层的稳定性测试

4．7 本章小结

5 CuCoMnOx太阳选择性吸收涂层的实验结果与分析

5．1 热处理温度对CuCoMnOx太阳选择性吸收涂层辐射特性的影响

5．1．1 XRD物相分析

5．1．2 SEM表面形貌和EDS能谱分析

5．1．3 AFM表面粗糙度测试

5．1．4 CuCoMnOx涂层光谱反射率测量结果分析

5．2 不同角度入射光对CuCoMnOx涂层辐射特性的影响

5．3 偏振光对CuCoMnOx太阳选择性吸收涂层辐射特性的影响

5．4 CuCoMnOx涂层的稳定性测试

5．5 本章小结

6 结束语

6．1 全文总结

6．2 研究展望

致谢

攻读硕士学位期间研究成果

参考文献