[发明专利]纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜及其制备和喷涂方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能吸收膜，具体涉及纳米纤维太阳能能量高效吸收复合膜及其制备和喷涂方法。

背景技术

太阳以1.4kw/m²的密度向地球辐射能量，太阳为人类提供了取之不尽、用之不竭的清洁能源，太阳能的利用技术是21世纪新能源发展的方向。研制高效太阳能吸收和能量转换材料将成为太阳能利用技术的关键和技术的制高点。

照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。然而由于其到达地球后的能量密度比较低，给大规模的开发利用带来一定的困难，这就决定了将太阳能直接用于日常生活和工业生产之前，必须提高其能量密度。太阳能选择性吸收涂层对可见光的吸收率很高，而自身的红外辐射率却很低，能够把能量密度较低的太阳能转换成高能量密度的热能，对太阳能起到富集的作用。因此，制备高效的太阳能选择性吸收涂层是太阳能热利用中的关键技术,对提高集热器效率至关重要。

国内外发展情况

美国国家可再生能源实验室(NREL)将合适的金属和介质(如：W、Au、Pd、Pt、MnO、Ti02等)混合，制备出性能优良的多重抗反射金属陶瓷薄膜，并采用理论模拟的方法研制出太阳能选择性吸收薄膜，在400℃时，其吸收率α达到0.959，发射率ε为0.061，该种薄膜可以满足高温蒸汽下稳定工作的要求。

以色列太阳能公司Solel研制了以Al₂O₃为基底、结合减反膜、抗发射薄膜的新型全真空集热管，其薄膜在400℃时，吸收率α达到0.96，发射率ε为0.1，且在高温的热湿空气下性能稳定，为槽式线聚焦太阳能热发电系统提高其高温吸收薄膜的性能、系统集热效率和降低发电成本提供了新途径。

澳大利亚悉尼大学Zhang Q C和Mi11s D R等人研制了以AlN为陶瓷基底的金属陶瓷薄膜。AlN原子间以共价键结合，具有高的熔点，良好的化学稳定性和高的导热率，同时其热膨胀系数与硅相近，又具有低介电常数与介电损耗等性能。因此该薄膜具有良好的热稳定性，其中W-AlN金属陶瓷薄膜工作温度可达500℃，可满足中高温光热发电需求。

LUZ公司研究了一种以Mo和Al2O3为材料的新型太阳能选择性吸收薄膜。整个工艺采用7靶共溅射(3个Mo靶和4个Al2O3靶)，膜沉积在4m长的不锈钢管上，钢管位于真空室中央。该膜层在350℃时，吸收率α为0.96，发射率ε为0.16。以该膜制成的集热管已用于太阳能发电系统(SEGS)中高倍聚焦的真空集热器中。1984-1991年，该公司已在美国南加利福尼亚建立了9座这种类型的太阳能热发电站，总发电容量为354MW。

慕尼黑大学Scholkopt采用电子束蒸发方法在金属条带上连续沉积TiNx，吸收率α为0.95，发射率ε为0.05(100℃)。其可在375℃时稳定工作，250℃下的光热转换效率达到50%。由于其镀膜工艺具有连续化、低成本的特点，可组建薄膜生产线进行大规模生产，实现了薄膜镀制技术质的飞跃。

改革开放以来，新型薄膜技术从国外开始流入我国，我国的薄膜技术在过去的30年中取得了巨大的发展。

北京市太阳能研究所采用磁控溅射方法制备了AlNxOy太阳能选择性吸收涂层。该涂层应用于真空环境，80℃下，发射率ε为0.09，320℃环境下，发射率ε为0.136。同年还制备了氮化钛太阳能选择性吸收薄膜，该薄膜采用真空磁控溅射离子束镀膜，在氩气和氮气的混合气体中把金属钛溅射沉积到经光亮处理的衬底上制成。1992年，郭信章等人将AlNxOy进一步改进，以纯铝为靶材，制备AlNxOy薄膜后，再沉积薄层氧化铝作为减反射层。用该工艺制备的吸收膜，太阳能吸收率α为0.95，发射率ε为0.09，并且具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温性能。陈步亮等人采用磁控溅射技术制备了Al/Al-N金属陶瓷膜，吸收率0.89，100℃下发射率0.045。潘永强采用直流磁控溅射技术制备了Cr/Cr2ZnO3金属陶瓷膜，并研究了不同工艺对涂层太阳能选择性吸收性能的影响，性能最好的涂层α大于0.95，发射率ε小于0.05，选择性吸收性能优异。赵玉文等人分别用氟树脂和乙丙橡胶、有机硅为粘接剂，以PbS为颜料，制备了2种涂料，吸收率0.85～0.91，发射率0.23～0.5，均达到了较高的吸收率和较低的发射率。