太阳能光谱选择性吸收涂层解读.doc

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1、太阳能光谱选择性吸收涂层——新型陶瓷材料课程论文材研0705班吴菊芳学号：5摘要：本文对太阳能光谱选择性吸收涂层进行了综合叙述，介绍了其功能、研究起源、研究现状和制备方法，并进行了相关理论分析，展望了其发展方向和前景。关键词：太阳能；光谱选择性；吸收；涂层Abstract：Compositerelationonsolarselectiveabsorbingcoatingshasbeendone.Somethingabouttheuse,premierstudy,currentstudy,theweyofproduce,theoryanalysisandfutureprospe

2、ctsofsolarselectiveabsorbingcoatingswerebeenintroduced.Keywords:solarenergy;spectrumselective;absorb;coating绪论众所周知，太阳是一个炙热的气态球体，它内部不断地进行热核反应，中心温度高达4000万度，并以辐射的形式向宇宙空间发射巨大的能量，每秒钟向外发射的能量，相当于每秒钟燃烧1.32亿亿吨标准煤放出的能量。其中22亿分之一左右的能量到达地球大气上层，每秒钟约有1.765×1017焦耳，折合标准煤约600万吨[1]。利用太阳能的途径虽然很多，但从技术与经济的观点来看，最

3、简单也最切合实际的途径就是把太阳能转换成热能来加以利用，这就是我们所说的太阳能热利用。在太阳能热利用装置中，首先要将太阳辐射能转换成热能，实现此转换的器件称为太阳集热器。无论哪种形式和结构的集热器，都要有一个用来吸收太阳辐射的吸收部件。太阳能辐射能量主要集中在0.3～3μm的波长范围，其中95%以上都分布在波长小于2μm的光谱范围。而对于温度为几百K的物体其热辐射能主要集中在2~5.0μm的红外波谱范围。为了提高太阳集热器的热效率,我们要求吸收部件表面在波长0.3~2.5μm太阳光谱范围内具有较高的吸收比(α)，同时在波长为2.5~5.0μm红外光谱范围内保持尽可能低的热发射

4、比(ε)。换句话说，就是要使吸收表面在最大限度地吸收太阳辐射的同时，尽可能减小其辐射热损。获得这种吸收效果的表面的涂层称为选择性吸收涂层。显而易见,该涂层两个重要的性能参数α、ε对提高集热器的热效率起着至关重要的作用。因此，研究和应用光谱选择性吸收涂层是太阳能热利用中的重要课题。1太阳能光谱选择性吸收涂层简介光谱择性吸收涂层是一种具有对可见-近红外光高吸收、对红外光高反射的特种涂层，广泛运用于太阳能光热转换，如太阳能热水器、太阳能发电等[2]。光谱选择性吸收涂层的概念最早由Tabor,Shaffer,Gier和Dunkle等提出。其特点是涂层在太阳能光谱范围(0.3~2.5μ

5、m)和热辐射红外区域有完全不同的光学性质。几十年来选择性吸收涂层一直是太阳能热利用技术领域中一项十分活跃的研究课题。目前，根据采光材料制备的工艺不同，可以分为化学和电化学型采光涂层、真空沉积采光薄膜、采光涂层等[3]。根据吸收原理和涂层结构不同，可以把选择性吸收涂层分为[5]干涉滤波型涂层、体吸收型涂层、表面涂黑型涂层、凸凹表面型涂层，也可分为半导体涂层、光干涉涂层、米氏散射涂层、多孔涂层四类[4]。根据制备工艺不同,也可将选择性吸收涂层分为四类：电镀涂层、电化学转化涂层、真空镀膜涂层和涂料涂层。电镀涂层典型例子是黑铬涂层、黑镍涂层和黑钴涂层。电化学表面转化涂层主要是铝阳极氧

6、化涂层。铝阳极氧化涂层是一种多孔膜。真空镀涂层即采用真空蒸发和磁控溅射技术制备选择吸收性能优良的涂层。目前，国内生产的全玻璃真空集热管和热管真空集热管都采用磁控溅射技术制备吸收涂层。涂料型太阳吸收涂层是一种漫射的光学表面，由颜料和粘结剂两部分组成。涂料型涂层制备简单，光学性能较好，成本较低，但涂层附着性较差，易发生剥落。2太阳能光谱选择性吸收涂层研究进展与现状20世纪50年代前，太阳能集热器一直使用没有选择性的黑板漆和无光黑漆作为吸收涂层[5]。1954年，在第一次世界太阳能大会上以色列专家泰勒和美国专家吉尔顿柯尔论证了制作高吸收率和低发射率选择性涂层表面的可能性，并分别提出

7、黑镍和黑铬2种表面涂层。此后，选择性吸收涂层研究才开始在世界各国发展起来，澳大利亚、以色列、德国、日本、埃及等国不惜投入巨资进行研究，一系列的涂层系统被开发出来。澳大利亚悉尼大学研究出3层结构的涂层，里层是亮金属反射层，中间是太阳能吸收层，外层是减反射层[10]，结果表明金属纳米粒子的引入大大增强了太阳能吸收率。日本科学家提出了在铝的阳极氧化膜上覆有机树脂的涂层。Pathkar采用在玻璃衬底上沉积黑钴的涂层。Reis提出在钴表面涂黑镍、电镀黑镍等的涂层。Kalleder发明一种含碳母体，采用溶胶—凝胶法