[发明专利]一种太阳光热转换吸收膜系及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，涉及一种太阳光热转换吸收膜系及其制备方法。 

背景技术

太阳光热转换吸收薄膜是太阳能集热器最重要和最核心的部分，在太阳能热利用领域中起着关键作用，其制造成本的高低及性能的好坏直接影响着太阳能热利用的推广。M-Al₂O₃复合薄膜是一种金属陶瓷薄膜，具有优异的光学性能和稳定性，广泛用作太阳能集热器表面。目前，常见的薄膜制备方法有真空蒸发、溅射成膜和离子镀等物理气相沉积方法以及电镀、阳极氧化等电化学沉积方法。但电化学方法中使用了大量磷酸盐，氰化物等有害物质，环境污染严重；物理气相沉积方法虽然少有环境污染，但需要昂贵的设备以实现高真空度，增加了薄膜制备成本。相比较而言，溶胶-凝胶法制备薄膜具有工艺简便、设备要求低以及适合于大面积制膜等优点，能有效降低金属陶瓷薄膜的制备成本；同时，通过选用环境友好的化学原料制备溶胶，薄膜的制备又符合绿色化学的理念，因而是极具潜力和希望的一种薄膜制备方法。尽管溶胶-凝胶法已经用于制备薄膜数十年，但迄今为止仅见数篇文献报道Al₂O₃基太阳光热转换吸收薄膜的溶胶-凝胶法制备。2007年，Bostrom等报道了以有机酸为胶溶剂、醇为溶剂的溶胶-凝胶法制备的Ni-Al₂O₃太阳光热转换吸收膜系 [T. Bostrom, G. Westin, E. wackelgard, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 91 38-43 (2007)]；2010年，赵剑曦等也公开了一种基于溶胶-凝胶法制备的Ni-Al₂O₃太阳光热转换吸收膜系，他们以无机酸为胶溶剂，有机或无机铝盐、镍盐，螯合剂为原料，在脂肪醇中制备了镍溶胶和铝溶胶，再将两溶胶混合得到Ni-Al₂O₃溶胶，然后经成膜和惰性气氛热处理，直接生成吸收薄膜。但这两种方法均以有机醇为溶剂，显然不如水溶剂环保，成本也相对较高。相比有机醇溶剂，水剂下成溶胶的难度大，迄今未见水溶胶-凝胶法制备Al₂O₃基太阳光热转换吸收膜系的相关报道。 

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种太阳光热转换吸收膜系及其制备方法，该膜系制备成本低廉，制备方法简单易行，对环境无污染；且膜系的光学性能达到实际应用要求，即太阳能吸收率大于0.90，发射率小于0.10。

本发明是通过如下技术方案实施的：

本发明的太阳光热转换吸收膜系，其特征在于：所述太阳光热转换吸收膜系为三层结构，由吸收底层、吸收中间层和减反射顶层构成；所述吸收底层和吸收中间层是由过渡金属M盐与铝盐构成的不同M盐含量的M-Al₂O₃混合水溶胶制备；所述M表示过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源；所述太阳光热转换吸收膜系的水溶胶-凝胶法制备如下：以水为溶剂，过渡金属M盐、铝盐、螯合剂为原料，将过渡金属M盐与铝盐分别与螯合剂制成M溶胶和Al₂O₃溶胶；然后将上述两种溶胶混合并加入润湿剂作为前驱液，在金属基底上制备两层成分渐变的氧化铝基吸收膜和减反射顶层构成了光热转换吸收膜系。

其中所述过渡金属M盐为Ni、Co、Cu、Ag、Pt、Au、Pd或Fe中的一种的硝酸盐、卤化盐、羧酸盐、氢氧化盐、碳酸盐、碱式碳酸盐、磷酸盐或硫酸盐。

所述铝盐为硝酸铝或三氯化铝、烷氧基铝。

所述螯合剂为含羧基、羰基、酯基、胺基、羟基、酰胺基或羧酸根的化合物，包括柠檬酸、乙二胺四乙酸、草酸、琥珀酸、己二酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯、二亚乙基三胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲酰胺或柠檬酸铵。

所述润湿剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、氟改性聚氧乙烯醚、有机硅改性聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂。

所述的高金属含量的M-Al₂O₃混合水溶胶中M的含量为70-90%；所述的中等金属含量的M-Al₂O₃混合水溶胶中M的含量为20-60%。