[发明专利]一种太阳能中高温选择性吸收复合涂层及制备

说明书

技术领域

本发明属于薄膜技术和薄膜材料领域，具体涉及了一种太阳能光谱中高温选择性吸收膜。

背景技术

中高温太阳光谱选择性吸收涂层是指能耐受200℃以上高温，并能长期在与室温的变化范围内正常工作，保持较高的a和较低的ε的选择性吸收涂层，这是当前太阳能热利用中的前沿课题。我国在近二三十年的太阳能利用研究中，多数的研究成果仅限于低温应用(＜100℃)，如太阳能热水器、太阳能烘干机、太阳房等。从长远观点来看，太阳能与建筑一体化是太阳能光热利用的重要发展方向之一，现有真空管和平板集热器所用的涂层材料无法满足太阳能与建筑一体化使用要求。而且，目前使用的太阳能吸收涂层大都为黑色，色彩单一，不美观，缺乏装饰性，不能使太阳能热水器与建筑物在色调上协调一致，更不宜用作太阳房的吸热涂层。因此，无论从功能及经济角度来讲，各种涂层材料都存在或多或少的劣势。并且，很多涂层在高温操作下性质变差，给太阳能热利用带来了一定困难。

中高温太阳光谱选择性吸收涂层硫化铅涂层的化学稳定性很好，分解温度在1000℃以上，但是如果在制备硫化铅涂层时，由于某种原因混入碱，则硫化铅中的硫元素与空气中的氧生成硫酸根，从而使黑色的硫化铅转变为白色的硫酸铅(尤其在高温状态，这种转变极易发生)，这样一来，不仅涂层的吸收率降低，同时使发射率大大升高。另外，在涂层的实际使用及维护过程中，碰撞不可避免，硫化铅、钼黑和氧化铜涂层耐摩擦性和耐腐蚀性较差，并不适合直接暴露在外界环境中使用。因此，本发明在pbs涂层表面上覆盖一层或数层TiO₂薄膜，可以明显改善这些涂层的光学性质(对某些波长的光选择性吸收或透过)、电学性质(导电或绝缘)、化学性质(耐腐蚀)和力学性质(耐磨擦)、导热性能等。并且由于TiO₂薄膜具有光催化作用，可以提高涂层的自清洁功能，在不明显影响吸收率的情况下，能达到降低发射率，同时延缓涂层寿命的目的。

发明内容

为了克服pbs涂层混入碱时pbs中的硫元素与空气中的氧生成硫酸根使涂层的吸收率降低，发射率大大升高的缺点，本发明的目的是在pbs涂层表面上覆盖一层或数层TiO₂薄膜，从而可以明显改善pbs涂层的性能，提高涂层的自清洁功能，在不明显影响吸收率的情况下，能达到降低发射率，同时延缓涂层寿命的目的。

本发明解决技术问题所采用的基本方案是：首先制备TiO₂溶胶：以化学纯的Ti(OC₄H₉)₄作为TiO₂的前驱物，加入去离子水与分析纯的无水乙醇配制，为了延缓Ti(OC₄H₉)₄的强烈水解，在溶液中加入一定量的分析纯(C₂H₄OH)₂NH。先将17mL的Ti(OC₄H₉)₄溶于68mL无水乙醇中，接着加入4.80mL的二乙醇胺，室温下搅拌2h，再加H₂O∶C₂H₅OH＝0.9mL∶9mL溶液，最后搅拌10min，获得c(Ti⁴⁺)＝0.55mol/L的均匀、透明的浅黄色TiO₂溶胶。

TiO₂/PbS涂层的制备：将pbs基片浸入配制好的溶胶中，静置10s后，以6cm/min的提拉速度垂直向上提拉基片，然后立即放入温度为100℃的烘箱中干燥5min，在无尘空气中冷却5min，重复上述操作制备多层薄膜，镀完最后一层膜后，再在100℃下干燥30min，最后放入箱式高温电阻炉中以20℃/min的速度缓慢升温到300℃保温1h，在炉内自然冷却即得到TiO₂多孔纳米薄膜。本发明制取的TiO₂/PbS涂层均一次镀膜。

本发明一种太阳能中高温选择性吸收复合涂层适用于太阳能集热管上和平板式太阳能集热板芯，可用于太阳能热水器、太阳房、太阳能发电等太阳能光热、光伏利用中。

本发明的有益效果：

因中高温吸收涂层必须具有较好的耐热性，即至少耐热达200℃以上，且a和ε不会明显变化。将单纯PbS涂层和本发明TiO2/PbS复合涂层两种涂层分别在不同温度下灼烧1h，测量吸收率a和ε，观察样片表面情况，得到结果如图表1：

图表1  不同焙烧温度下两种涂层的a和ε