一種太陽光譜選擇性吸收涂層及其制備方法技術(shù)

一種太陽光譜選擇性吸收涂層,吸熱體基材為拋光的不銹鋼片；第一層是紅外反射層；第二層是吸收層；第三層是減反射層。該涂層的制備步驟如下：一：制備第一層紅外反射層；二：第二層的第一亞層類金屬層的制備和第二層的第二亞層類介質(zhì)層的制備；三：制備第三層SiO

Solar spectrum selective absorbing coating and preparation method thereof

The utility model relates to a solar spectrum selective absorbing coating, wherein, the heat absorbing body base material is a polished stainless steel sheet; the first layer is an infrared reflection layer; the second layer is an absorption layer; the third layer is an antireflection layer. The preparation steps of the coating are as follows: first, the first layer of infrared reflection layer is prepared; two: the first sub layer metal layer of the second layer and the preparation of the second sub layer dielectric layer of the second layer; and three, the preparation of the third layer SiO;

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種太陽光譜選擇性吸收涂層及其制備方法
：本專利技術(shù)提供一種太陽光譜選擇性吸收涂層及其制備方法，它具體涉及一種高溫太陽光譜選擇性吸收涂層及其制備技術(shù)，屬于太陽能光熱轉(zhuǎn)換

技術(shù)介紹
：太陽光譜選擇性吸收涂層具有在太陽光譜(0.3-2.5μm)高吸收，在中遠(yuǎn)紅外波段(＞2.5μm)低發(fā)射的選擇吸收特性，是將太陽光能量轉(zhuǎn)換為熱能的功能薄膜。隨著需求和技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽能熱利用逐漸從低溫應(yīng)用(≤100℃)的太陽能熱水器等，向中高溫應(yīng)用(350℃-600℃)的太陽能熱發(fā)電方向發(fā)展。目前使用的中高溫太陽光譜選擇性吸收涂層，其吸收層是一種難熔金屬粒子團(tuán)簇彌散于陶瓷介質(zhì)層構(gòu)成的金屬陶瓷層，如Mo-SiO2,W-Al2O3。但是金屬粒子團(tuán)簇在高溫下容易發(fā)生氧化、擴(kuò)散等，從而造成涂層的光學(xué)性能下降，甚至失效。基于過渡金屬的氮化物、氮氧化物具有極好的高溫?zé)岱€(wěn)定性和耐氧化性，為了提高選擇性吸收涂層的高溫?zé)岱€(wěn)定性，我們采用過渡金屬的氮化物和氮氧化物構(gòu)成的吸收層替代金屬陶瓷吸收層。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種太陽光譜選擇性吸收涂層及其制備方法，適用于高溫(400℃-600℃)太陽能光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該涂層的吸收率高，發(fā)射率低，熱穩(wěn)定性好，制備工藝簡單，操作方便，生產(chǎn)周期短。為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)的一種太陽光譜選擇性吸收涂層，特別適用于高溫太陽能光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該涂層在吸熱體基材表面由底部到頂部形成三層膜結(jié)構(gòu)，每層膜的成分組成及厚度如下：吸熱體基材為拋光的不銹鋼片(SS)；第一層是紅外反射層，由50-250nm厚的金屬鉬(Mo)膜構(gòu)成，紅外反射層對紅外波段光譜具有高反射特征，發(fā)射率低；第二層是吸收層，分別為高折射率的第一亞層類金屬層和低折射率的第二亞層類介質(zhì)層，第一亞層類金屬層的成分是Zrx1Siy1Nz1(鋯(Zr)、硅(Si)、氮(N)，x1、y1、z1分別表示Zr、Si、N元素的原子百分比)，厚度為34-57nm，其中各元素的原子百分比為：x1＝22.24％-29.43％，y1＝40.05％-44.29％，z1＝30.51％-33.46％，x1+y1+z1＝1；第二亞層類介質(zhì)層的成分是Zrx2Siy2Oz2Nw(氧(O)，x2、y2、z2、w分別表示Zr、Si、O、N元素的原子百分比)，厚度為44-82nm，其中各元素的原子百分比為：x2＝5.77％-16.07％，y2＝13.16％-33.93％，z2＝27.99％-34.73％，w＝22.01％-51.64％，x2+y2+z2+w＝1；第三層是減反射層，由厚度為61-159nm的SiO2膜構(gòu)成，采用Si靶，以氬氣為濺射氣體，氧氣為反應(yīng)氣體，采用射頻反應(yīng)濺射制備。本專利技術(shù)一種太陽光譜選擇性吸收涂層的制備方法，制備步驟如下：步驟一：制備第一層紅外反射層，采用Mo靶，以氬氣作為濺射氣體，采用直流濺射制備，控制濺射時間在吸熱體基材上沉積50-250nm的金屬M(fèi)o紅外反射層；步驟二：第二層的第一亞層類金屬層的制備，采用Si靶貼Zr片，以氬氣為濺射氣體，氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體，采用直流反應(yīng)濺射制備，調(diào)節(jié)氮?dú)饬髁亢涂刂茷R射時間來控制該層的成分和厚度；第二層的第二亞層類介質(zhì)層的制備，采用Si靶貼Zr片，以氬氣為濺射氣體，氮?dú)夂脱鯕鉃榉磻?yīng)氣體，采用直流反應(yīng)濺射制備，調(diào)節(jié)氮?dú)狻⒀鯕饬髁亢涂刂茷R射時間來控制該層的成分和厚度；步驟三：制備第三層SiO2減反射層，采用Si靶，以氬氣為濺射氣體，氧氣為反應(yīng)氣體，采用射頻反應(yīng)濺射制備，控制濺射時間來控制該層的厚度；至此，本涂層制備完成。其中，在步驟一中所述的“吸熱體基材”，是指拋光的不銹鋼片；其中，在步驟一中所述的“采用直流濺射制備，控制濺射時間在吸熱體基材上沉積50-250nm的金屬M(fèi)o紅外反射層”，其具體作法如下：在直流靶位上放Mo靶，通氬氣作為濺射氣體，控制濺射時間使Mo層的厚度范圍是50-250nm；其中，在步驟二中所述的“采用直流反應(yīng)濺射制備，調(diào)節(jié)氮?dú)饬髁亢涂刂茷R射時間來控制該層的成分和厚度”，是指在直流靶位上放Si靶貼Zr片，通氬氣作為濺射氣體，通氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體，通過調(diào)節(jié)氮?dú)饬髁縼砜刂频谝粊唽拥某煞郑ㄟ^控制濺射時間來控制第一亞層的厚度；其中，在步驟二中所述的“采用直流反應(yīng)濺射制備，調(diào)節(jié)氮?dú)狻⒀鯕饬髁亢涂刂茷R射時間來控制該層的成分和厚度”，其具體作法如下：是指在直流靶位上放Si靶貼Zr片，通氬氣作為濺射氣體，通氮?dú)夂脱鯕庾鳛榉磻?yīng)氣體，通過調(diào)節(jié)氮?dú)夂脱鯕饬髁縼砜刂频诙唽拥某煞郑ㄟ^控制濺射時間來控制第二亞層的厚度；其中，在步驟三中所述的“制備第三層SiO2減反射層，采用Si靶，以氬氣為濺射氣體，氧氣為反應(yīng)氣體，采用射頻反應(yīng)濺射制備，控制濺射時間來控制該層的厚度。”，其具體作法如下：在射頻靶位上放Si靶，通氬氣為濺射氣體，通氧氣為反應(yīng)氣體，反應(yīng)濺射制備SiO2減反射層，通過控制濺射時間來控制該層的厚度；通過以上步驟，在不銹鋼基底上制備了Mo/ZrSiN/ZrSiON/SiO2太陽光譜選擇性吸收涂層。本專利技術(shù)一種太陽光譜選擇性吸收涂層及其制備方法，其優(yōu)點(diǎn)是：本專利技術(shù)所提供的選擇性吸收涂層由Mo紅外反射層，ZrSiN類金屬層和ZrSiON類介質(zhì)層組成的雙干涉吸收層和SiO2減反射層組成，具有可見-近紅外波段高吸收率，紅外波段低發(fā)射率的特點(diǎn)，并且由于采用高熔點(diǎn)的金屬M(fèi)o，過渡金屬Zr的氮氧化物和SiO2材料，具有良好的高溫?zé)岱€(wěn)定性。另外本吸收涂層具有冷熱循環(huán)穩(wěn)定性。該涂層的制備工藝簡單，操作方便，易于控制，顯著降低生產(chǎn)成本。適用于高溫太陽能集熱管。附圖說明圖1本專利技術(shù)一種太陽光譜選擇性吸收涂層的剖面示意圖。圖2本專利技術(shù)一種太陽光譜選擇性吸收涂層的制備方法流程圖。具體實(shí)施方式以下以SS/Mo/ZrSiN/ZrSiON/SiO2的制備為例說明，僅用于說明本專利技術(shù)，而非用于限制本專利技術(shù)。見圖1所示，本專利技術(shù)一種太陽光譜選擇性吸收涂層，它采用磁控濺射技術(shù)制備，吸熱體基材表面由底部到頂部成三層膜結(jié)構(gòu)，其各層成分組成和厚度如下：基材為拋光后的不銹鋼基底，第一層為180nm的Mo層紅外反射層。第二層為吸收層，包括類金屬層和類介質(zhì)層兩個亞層(第一亞層和第二亞層)，類金屬層為ZrSiN,其厚度為57nm，Zr、Si、N的原子百分比分別為29.43％、40.05％、30.51％，類介質(zhì)層為ZrSiON，厚度為64nm，Zr、Si、N、O的原子百分比分別為11.93％、27.56％、34.73％、25.78％。第三層為SiO2減反射層，厚度為110nm。本專利技術(shù)一種太陽光譜選擇性吸收涂層的制備方法，結(jié)合圖2所示選擇性吸收涂層剖面制備方法流程圖，該涂層的制備工藝流程如下：(1)將30mm×30mm×1.5mm大小的不銹鋼片分別在乙醇和去離子水中超聲清洗，(2)濺射前將真空室預(yù)抽至本底真空1.6×10-3Pa，調(diào)節(jié)靶基距為40mm，(3)直流放Mo靶，通入50sccm的氬氣，調(diào)節(jié)濺射氣壓為0.5Pa，靶功率密度為5.73W/cm2，預(yù)濺20min后，沉積1min1s的金屬M(fèi)o層，厚度為180nm；(4)直流放Si靶貼Zr片，調(diào)節(jié)氬氣、氮?dú)饬髁糠謩e是50sccm、2sccm，氣壓為0.5Pa，靶功率密度為3.56W/cm2，濺射1min制備類金屬層ZrSiN，厚度為57nm，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種太陽光譜選擇性吸收涂層，特別適用于高溫太陽能光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：該涂層在吸熱體基材表面由底部到頂部形成三層膜結(jié)構(gòu)，每層膜的成分組成及厚度如下：吸熱體基材為拋光的不銹鋼片即SS；第一層是紅外反射層，由金屬鉬即Mo膜構(gòu)成，紅外反射層對紅外波段光譜具有高反射特征，發(fā)射率低；第二層是吸收層，分別為高折射率的第一亞層類金屬層和低折射率的第二亞層類介質(zhì)層，第一亞層類金屬層的成分是Zr

【技術(shù)特征摘要】
1.一種太陽光譜選擇性吸收涂層，特別適用于高溫太陽能光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：該涂層在吸熱體基材表面由底部到頂部形成三層膜結(jié)構(gòu)，每層膜的成分組成及厚度如下：吸熱體基材為拋光的不銹鋼片即SS；第一層是紅外反射層，由金屬鉬即Mo膜構(gòu)成，紅外反射層對紅外波段光譜具有高反射特征，發(fā)射率低；第二層是吸收層，分別為高折射率的第一亞層類金屬層和低折射率的第二亞層類介質(zhì)層，第一亞層類金屬層的成分是Zrx1Siy1Nz1；第二亞層類介質(zhì)層的成分是Zrx2Siy2Oz2Nw；第三層是減反射層，采用Si靶，以氬氣為濺射氣體，氧氣為反應(yīng)氣體，采用射頻反應(yīng)濺射制備。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽光譜選擇性吸收涂層，其特征在于：該第一層即紅外反射層金屬鉬的厚度為50-250nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽光譜選擇性吸收涂層，其特征在于：該第二層吸收層的第一亞層類金屬層Zrx1Siy1Nz1，其厚度為34-57nm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽光譜選擇性吸收涂層，其特征在于：該第二層吸收層的第一亞層類金屬層Zrx1Siy1Nz1，其中各元素的原子百分比為：x1＝22.24％-29.43％，y1＝40.05％-44.29％，z1＝30.51％-33.46％，x1+y1+z1＝1。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽光譜選擇性吸收涂層，其特征在于：該第二層吸收層的第二亞層類介質(zhì)層Zrx2Siy2Oz2...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王聰，寧玉平，王文文，孫瑩，宋平，滿紅亮，張翼麟，代蓓蓓，
申請(專利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11