[发明专利]基于双氮化物复合材料的太阳能选择性吸收剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及：

——一种由陶瓷基和纳米分散于其中的具有金属特性的组分组成的光选择性双氮化物复合材料；

——一种光谱选择性多层涂料，用于太阳能装置，主要为热力学型太阳能装置、优选为具有线性抛物面镜的太阳能装置，且易于在高温下工作；

——一种复合材料和多层材料的制备方法；及

——一种用于热力学太阳能装置中的用所述涂料制作的接收元件和所述接收元件的涂覆方法。

背景技术

在热力学太阳能装置的领域中，根据例如抛物面镜技术，本案中的接收元件是沿镜面的焦线布置的接收管，它用作吸收器。特别地，它应尽可能最大量地吸收集中在其上的太阳辐射量，同时它应将尽可能最小量地将储存的热量损失到外界环境。

最适合用作接收管表面涂层的材料是那些以光学选择性方式来表现的材料，即光学反射率、吸收率和半球发射率明显随着从太阳光谱照射区域到热红外区域的辐射波长进行更改的材料。

特别的，已知为了达到热力学太阳能装置的更大功效，涂料应具有尽可能接近理想涂料的特性，即：

i)在太阳辐射的光谱区域（0.3-2.0μm）零反射（全吸收）；和

ii)在热红外区域（2.0-40μm）全反射（零吸收率和发射率），

在这两个区域之间有一个台阶式通道。

为了获得类似的光学特性，涂料通常具有提供多个适当选择的不同材料薄层的复杂结构，每个薄层具有不同的光学性质。

特别的，典型地应用于太阳能吸收剂领域的材料是复杂的薄膜或薄层结构，基本上包含所谓的金属陶瓷型材料。

通常，金属陶瓷型材料为陶瓷-金属复合材料，由陶瓷基和分散在陶瓷基中的金属成分、或具有金属特性的成分组成。

特别的，用作太阳能选择性吸收剂的金属陶瓷材料由特定类型的复合材料组成，复合材料中存在高透明的陶瓷材料基质，基质中通常以纳米微粒形式分散着具有金属特性的材料。

通常，金属陶瓷中的金属微粒或具有金属特性的微粒，典型地具有非常小的尺寸，大约10-50埃（1-5nm）。

由于它们的特殊结构，金属陶瓷为表现出接近所述理想特性的材料，而且由于它们的典型光学特性，即：

a)在太阳能辐射范围内（0.3-2.0μm）的高光学吸收性；和

b)在红外辐射范围内（4-25μm）的高光学透明性，很适合用于被称为“太阳光谱选择性涂层”的薄膜或薄层分层中。而且，通常地，当在真空中平均温度（低于450℃）和在空气中低温（低于300℃）条件下使用时，目前制作的太阳能涂层的金属陶瓷型材料表现出好的化学结构稳定性。

由于上面公开的原因，金属陶瓷材料是太阳能吸收剂等级中被重新关注的对象，特别是作为热力学太阳能装置中集热接收元件（接收管）的涂料，尤其是“槽式抛物面”型热力学太阳能装置。

如前所述，用作选择性光学吸收剂的光谱选择性涂料的适合结构允许其在高温下保持低热发射率的同时吸收太阳辐射。这种效果典型地通过使用包括如下结构的多层结构获得：

i）在红外区具有高反射特性的金属层，易于确保低发射率值；

ii）具有可变形状的金属陶瓷层，即金属含量随着厚度的增加而降低，以最好地吸收入射到接收管上的太阳辐射；和

iii）将太阳辐射反射导致的损失降到最低的抗反射层。

这类涂料在高性能即高太阳能吸收率和低发射率方面证明是有效的。

但是，目前在市场上交易和在太阳能装置中用作接收元件吸收剂的金属陶瓷，如将在下文中更好地说明的，在遇到高温（温度在450℃和550℃之间）时的化学-结构稳定性和材料的再现性方面具有局限性，结果带来材料自身物理和化学特性方面的低可靠性。

这是市场上交易的金属陶瓷的典型问题，部分可归因于用来制备它们的材料和方法。

发明内容

本发明的主要目的是克服前文提及的已知技术缺陷，已经提及的缺陷也将从后文的详述中更好地理解。

上文提及的技术问题的解决方案和更多目的通过后文权利要求书中的复合材料、多层材料、接收元件及它们的制备方法实现。

本发明的优选特征是从属权利要求的内容。

特别的，本发明提供一种双氮化物金属陶瓷型光学选择性复合材料、一种用于太阳能装置中的光谱选择性多层涂料、一种用本发明涂料制作的用于热力学太阳能装置的接收元件，及它们的制备方法。