[发明专利]一种中高温太阳能选择性吸收涂料、涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能利用领域，特别涉及一种太阳能选择性吸收薄膜技术，更具体的涉及一种中高温太阳能选择性吸收涂料、涂层及其制备方法。

背景技术

在当今世界能源日趋稀缺、环境污染问题越来越严重的现状下，作为最清洁能源，太阳能利用业已得到国内外的广泛重视，其中太阳能的热利用研究及应用是非常重要的方式之一。利用太阳能选择性吸收薄膜技术，太阳能的热利用可以应用于低、中、高温三种不同的场合。在太阳能的中高温利用中，现在主要是通过磁控溅射的方法来制备太阳能选择性吸收薄膜，所用的材料主要是耐高温、耐氧化的金属和陶瓷基体材料。郝雷等制备的非真空高温太阳光谱选择性吸收涂层就是采用多弧离子镀的方法制备的TiAl/TiAlN/TiAlON/TiAlO涂层，采用的金属是钛。在中国专利号ZL200420115684.1中也报道了采用难熔钛作为金属陶瓷层中的金属组分制备选择性吸收涂层。但是，用磁控溅射的方法制备的涂层的成本极高，所用设备昂贵、投资大，所用的一些金属材料稀少而价高，不容易大规模推广。涂料型涂层的优点是制备工艺简单，成本低，对设备的要求不高，容易推广应用，考虑到性价比，涂料型涂层具有一定优势。当前适于中高温利用的涂料型选择性吸收涂层的研究及应用较少，这是因为在涂料型涂层中作为成膜物的常规的有机基体树脂一般耐高温性能较差，其在高温下都会氧化、老化、碳化，影响使用寿命。另外，由于涂层厚度和吸收性能的影响关系，对于具有选择性吸收功能的无机粉体的制备，要求粉体颗粒在纳米范围内效果较好；而以往的制备纳米颗粒的方法较为复杂，纳米材料分散性差，而且加入的有机分散剂和络合剂等在烧结时不能完全去除，不只是会影响功能粉体的选择性吸收性能，同时还有不完全分解燃烧的有毒气体冒出。上述技术问题阻碍了中高温涂料型太阳能选择性吸收涂层技术的推广应用。

发明内容

本发明的目的是通过对耐高温成膜剂的筛选、制备，并采用新颖、简易的反滴定共沉淀法制备高性能耐高温选择性吸收功能纳米粉体，并将它们制成可耐600℃以上的高性能中高温太阳能选择性吸收涂层，该涂层具有较好的对太阳能的选择性吸收功能，提高了太阳能的利用率，其耐候性好，使用寿命长，可应用于中高温太阳能热利用及热发电领域。

为达到本发明的目的，本发明的中高温太阳能选择性吸收涂层制备时选用的耐高温成膜剂包括具有酰亚胺结构的改性树脂，有硅氧键结构的改性树脂以及无机成膜剂中的一种。纯树脂的热失重表明，这种树脂在300℃固化后，在300℃到500℃的范围内几乎没有失重，加入粉体后耐热性更好，可以在600℃以前几乎没有失重。溶解树脂所用的溶剂为甲苯、二甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、乙醇、环己烷、N，N-二甲基乙酰胺等中的一种或几种的混合溶剂。无机成膜剂为水性体系，包括硅溶胶、锆溶胶、铝溶胶、钛溶胶中的一种或几种的混合物，加热试验表明无机成膜剂的耐高温性能可达到1000℃以上。

所用的功能粉体为纳米复合氧化物，该纳米复合氧化物的平均粒径为50nm，所用的原料为硝酸铬、硝酸铁、硝酸亚铁、硝酸锰、硝酸铜、硝酸镍、硝酸钴、氯化锰、氯化铜、氯化铁物质或者其水合物中的至少4种，将这些物质通过沉淀形成复合的氢氧化物。所用的沉淀剂为NaOH、碳酸氢铵、氨水(25％)中的一种或几种的混合物。沉淀时控制体系的pH值在5-12之间，陈化12h，抽滤，洗涤三次，在40℃至100℃范围内将沉淀物烘干，然后在一定的温度下将沉淀物进行烧结，烧结的温度为300-900℃之间的一个值。烧结时间为1-5h。将烧结后的固体物质用研钵研成粉末，然后在球磨机上球磨2-12h，得所需黑色功能粉体。

将上述功能粉体和成膜剂加入到球磨机中，功能粉体和成膜剂的质量比例为1∶1到1∶5之间；然后加入一定量的润湿分散剂、消泡剂、流平剂，这些助剂的加入量为功能粉体含量的0.1％-2％，然后继续在球磨机中球磨2h，所得到的涂料即为所需的功能涂料。

将上述涂料涂于抛光的不锈钢板或铝板上，涂膜的厚度(膜重法)为0.002-0.01g/cm²之间。将上述涂层在300℃的烘箱中烘烤1-3h，就得到对太阳光进行选择性吸收的涂层。该涂层在600℃的马弗炉中烧结3h，涂层的性能没有显著变化。该涂层的吸收率大于0.9，发射率在0.3以下。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。其中：

图1所示为本发明的制备一种中高温太阳能选择性吸收涂料的步骤示意图。

具体实施方式