[发明专利]一种高温空气中稳定的MoSi2

说明书

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种高温空气中稳定的MoSi₂‑SiO₂复合物光热涂层及其制备方法。所述方法采用二氧化硅溶胶与MoSi₂粉末混合，形成黑色悬浊液后旋涂于载体上，干燥后得到复合层，再将步骤(2)制得的二氧化硅溶胶旋涂于复合层上形成减反层，得到复合物光热涂层。本发明提出的涂层具有高温稳定性好，制备过程简便，成本低廉，适宜规模化生产等诸多优势。同时还有较高的太阳能吸收率。具有重要的实用价值。同时该涂层的制备方法具有普适性，可以制备不同填充材料的功能性涂层。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种高温空气中稳定的MoSi₂-SiO₂复合物光热涂层及其制备方法。

背景技术

太阳能光热吸收涂层是一种能够实现光热转化的功能性涂层，可用于太阳能热利用，集热式太阳能发电等诸多领域。太阳能具有清洁无污染，成本低廉，储量丰富等诸多优势，作为传统能源的替代能源极具发展潜力。最常见的太阳能利用技术可大致分为光热和光伏两种。其中，光热技术具有能源利用率高、成本低、设备简单等诸多优势。近年来，低温的光热技术已经较为普及，如太阳能热水器、太阳房等。而在高温光热应用领域，有集热式太阳能发电等大型光 -热-电转化设备正在被推广。集热式太阳能发电设备具有产生交流电、便于并网等优势。但是，因为受限于卡诺效率，这类设备必须在较高的温度下工作才具有更高的能源转换效率。这就对其相关部件提出了高温稳定性好的必要要求。光热吸收涂层是集热式太阳能发电设备的核心部件，现今的光热吸收涂层还存在高温稳定性差，制备工艺复杂以及成本高昂等诸多不足。理论上，聚焦式太阳能发电系统在2480K(～2200℃)的温度下获得最佳转换效率(85％)。但是，现在光热吸收涂层的工作温度普遍在750^℃以下，还远远达不到未来需求，有待发展。

自从太阳能光-热-电转化的构想提出以来，世界各国都在进行相关领域的研究，并且不少相应成果已经进入实用化阶段。如美国亚利桑那州索拉纳发电站，以色列阿沙利姆塔式太阳能电站等。近年来，我国类似的太阳能光热发电设施也逐渐进入公众视野，如敦煌塔式熔盐光热电站，其一期项目敦煌10兆瓦光热电站已与2017年并网发电，每年可为3万户家庭提供绝对清洁的电力；二期项目也已进入调试阶段，总装机容量为100兆瓦，预计建成后年发电量3.5 亿千瓦时。太阳能的光热技术不仅是太阳能技术的另一种利用方式，更是弥补了光伏发电的固有缺陷，适用于现今已有的能源建设体系，是一种行之有效的新能源应用策略。

现今，光热技术已在低温领域(200℃)普遍推广使用，如太阳能热水器、太阳房等。而中高温光热技术还存在高温稳定性欠佳，生产成本过高等诸多缺陷。传统的太阳能光热吸收涂层通常具有复杂的结构，包括不同填充比的多层吸收层、红外反射层、防扩散层和减反层等。所有这些设计都需要精确的成分配比以及厚度控制，因此现有的涂层制备大多依赖昂贵的真空沉积设备，如磁控溅射和热蒸等。这不仅会导致了生产成本升高，而且生产效率低下，不利于规模化生产。同时，由于层数较多且结构复杂，类似的太阳光热涂层在高温条件下会发生界面元素扩散，和内部的结构变形。已经报道出的这类光热涂层有MoSi₂–Si₃N₄复合物吸收层， Al/NbMoN/NbMoON/SiO₂多层膜结构吸收层，自组装Al–AlN吸收层等，他们的最高工作温大多低于750℃，而且局限于在真空条件下使用。

采用溶胶-凝胶法等更经济的技术制备的光谱选择性涂层也已经得到广泛的研究，如铜锰尖晶石结构光热吸收涂层以及Ni-Al₂O₃金属陶瓷光热吸收涂层等。但采用这类方法制备的太阳能光热吸收涂层不能具有足够高的热稳定性，很难满足大型集热式发电设备的技术需求。