專利名稱：一種太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系及其制備方法。
背景技術(shù)：
太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收薄膜是太陽能集熱器最重要和最核心的部分，在太陽能熱利用領(lǐng)域中起著關(guān)鍵作用，其制造成本的高低及性能的好壞直接影響著太陽能熱利用的推廣。 M-Al2O3復(fù)合薄膜是一種金屬陶瓷薄膜，具有優(yōu)異的光學(xué)性能和穩(wěn)定性，廣泛用作太陽能集熱器表面。目前，常見的薄膜制備方法有真空蒸發(fā)、濺射成膜和離子鍍等物理氣相沉積方法以及電鍍、陽極氧化等電化學(xué)沉積方法。但電化學(xué)方法中使用了大量磷酸鹽，氰化物等有害物質(zhì)，環(huán)境污染嚴(yán)重；物理氣相沉積方法雖然少有環(huán)境污染，但需要昂貴的設(shè)備以實(shí)現(xiàn)高真空度，增加了薄膜制備成本。相比較而言，溶膠-凝膠法制備薄膜具有工藝簡便、設(shè)備要求低以及適合于大面積制膜等優(yōu)點(diǎn)，能有效降低金屬陶瓷薄膜的制備成本；同時(shí)，通過選用環(huán)境友好的化學(xué)原料制備溶膠，薄膜的制備又符合綠色化學(xué)的理念，因而是極具潛力和希望的一種薄膜制備方法。盡管溶膠-凝膠法已經(jīng)用于制備薄膜數(shù)十年，但迄今為止僅見數(shù)篇文獻(xiàn)報(bào)道Al2O3基太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收薄膜的溶膠-凝膠法制備。2007年，Bostrom等報(bào)道了以有機(jī)酸為膠溶劑、醇為溶劑的溶膠-凝膠法制備的Ni-Al2O3太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系 [T. Bostromj G. Westinj E. wackelgard, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 91 38-43 (2007) ] ；2010年，趙劍曦等也公開了一種基于溶膠-凝膠法制備的Ni-Al2O3太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系，他們以無機(jī)酸為膠溶劑，有機(jī)或無機(jī)鋁鹽、鎳鹽，螯合劑為原料，在脂肪醇中制備了鎳溶膠和鋁溶膠，再將兩溶膠混合得到Ni-Al2O3溶膠，然后經(jīng)成膜和惰性氣氛熱處理，直接生成吸收薄膜。但這兩種方法均以有機(jī)醇為溶劑，顯然不如水溶劑環(huán)保，成本也相對較高。相比有機(jī)醇溶劑，水劑下成溶膠的難度大，迄今未見水溶膠-凝膠法制備Al2O3基太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系及其制備方法，該膜系制備成本低廉，制備方法簡單易行，對環(huán)境無污染；且膜系的光學(xué)性能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用要求，即太陽能吸收率大于0. 90，發(fā)射率小于0. 10。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)施的
本發(fā)明的太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系，其特征在于所述太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系為三層結(jié)構(gòu)，由吸收底層、吸收中間層和減反射頂層構(gòu)成；所述吸收底層和吸收中間層是由過渡金屬 M鹽與鋁鹽構(gòu)成的不同M鹽含量的M-Al2O3混合水溶膠制備；所述M表示過渡金屬無機(jī)鹽或過渡金屬有機(jī)鹽中的金屬源；所述太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系的水溶膠-凝膠法制備如下以水為溶劑，過渡金屬M(fèi)鹽、鋁鹽、螯合劑為原料，將過渡金屬M(fèi)鹽與鋁鹽分別與螯合劑制成M 溶膠和Al2O3溶膠；然后將上述兩種溶膠混合并加入潤濕劑作為前驅(qū)液，在金屬基底上制備兩層成分漸變的氧化鋁基吸收膜和減反射頂層構(gòu)成了光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系。
其中所述過渡金屬M(fèi)鹽 為Ni、Co、Cu、Ag、Pt、Au、Pd或Fe中的一種的硝酸鹽、鹵化 鹽、羧酸鹽、氫氧化鹽、碳酸鹽、堿式碳酸鹽、磷酸鹽或硫酸鹽。所述鋁鹽為硝酸鋁或三氯化鋁、烷氧基鋁。所述螯合劑為含羧基、羰基、酯基、胺基、羥基、酰胺基或羧酸根的化合物，包括檸檬酸、乙二胺四乙酸、草酸、琥珀酸、己二酸、酒石酸、蘋果酸、乳酸、乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯、二亞乙基三胺、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲酰胺或檸檬酸銨。所述潤濕劑選自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、氟改性聚氧乙烯醚、有機(jī)硅改性聚氧乙烯醚型非離子表面活性劑。所述的高金屬含量的M-Al2O3混合水溶膠中M的含量為70-90% ；所述的中等金屬含量的M-Al2O3混合水溶膠中M的含量為20-60%。所述減反射頂層選自Al2O3溶膠、SiO2溶膠、Al2O3- SiO2混合水溶膠。本發(fā)明所述的一種基于水溶膠-凝膠法制備的太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系，其具體制備步驟如下
a)M溶膠的制備將螯合劑、過渡金屬M(fèi)鹽按質(zhì)量比20:80-70:30加到水中，持續(xù)攪拌直至獲得澄清的M溶膠；所述M表示過渡金屬無機(jī)鹽或過渡金屬有機(jī)鹽中的金屬源；
b)Al2O3溶膠的制備將螯合劑、鋁鹽按質(zhì)量比20 80-70 30加到水中，持續(xù)攪拌直至獲得澄清的Al2O3溶膠；
c)SiO2溶膠的制備將烷氧基硅烷、水和鹽酸在攪拌下相混合，持續(xù)攪拌直至獲得均相且澄清的SiO2溶膠；所述烷氧基硅烷和水的摩爾比< 0. 2，烷氧基硅烷和鹽酸的摩爾比為 0. 01:1-0. 1:1 ；
d)將步驟a)的M溶膠和步驟b)的Al2O3溶膠按M和Al的摩爾比70 30-90 10混合， 加入潤濕劑，攪拌均勻后，得到高金屬含量的M-Al2O3混合水溶膠；
e)將步驟a)的M溶膠和步驟b)的Al2O3溶膠按M和Al的摩爾比20 80-60 40混合， 加入潤濕劑，攪拌均勻后，得到中等金屬含量的M-Al2O3混合水溶膠；
f)將步驟b)的Al2O3溶膠和步驟c)的SiO2溶膠按Al和Si的摩爾比90:10-10:90混合，攪拌均勻后，得到Al2O3-SiO2混合水溶膠；
g)將高金屬含量的M-Al2O3混合水溶膠以旋涂法、噴涂法或提拉法在金屬基底上成膜， 經(jīng)干燥和惰性氣氛下熱處理得到高金屬含量的M-Al2O3吸收底層；
h)將中等金屬含量的M-Al2O3混合水溶膠以旋涂法、噴涂法或提拉法在高金屬含量的 M-Al2O3吸收底層上成膜后，經(jīng)干燥和惰性氣氛下熱處理得到中等金屬含量的M-Al2O3吸收中間層；
i)將減反射頂層溶膠以旋涂法、噴涂法或提拉法在中等金屬含量的M-Al2O3吸收中間層上成膜后，經(jīng)干燥和惰性氣氛下熱處理得到減反射頂層，獲得所述光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系。所述惰性氣氛為N2 ；所述干燥的溫度為50-90° C。所述熱處理的升溫速率為 1° C/min-50° C/min，熱處理的溫度為500-650° C，熱處理時(shí)間為0. 5h 3h。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明采用溶膠-凝膠制備技術(shù)，以環(huán)境友好的水為溶劑， 制備吸收薄膜的M-Al2O3混合水溶膠，溶膠制備方法簡單易行，原料易得，成本低廉；將加入潤濕劑的M-Al2O3混合水溶膠于金屬基底上成膜后，在惰性氣氛下經(jīng)熱處理可直接得到 M-Al2O3吸收層，薄膜制備工藝簡便、設(shè)備要求低、對環(huán)境無污染，且制備的M-Al2O3太陽能光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系的太陽能吸收率皆在0. 9以上，可廣泛用于太陽能光熱轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的集熱表面制備。
具體實(shí)施例方式以下為本發(fā)明的具體實(shí)施案例，進(jìn)一步描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不僅限于此。實(shí)施例1
最佳實(shí)施例
1、攪拌下依次將21. Og檸檬酸、29. Ig六水硝酸鎳加入到50mL水中，繼續(xù)攪拌直至獲得澄清的2. Omol/L的Ni溶膠。2、攪拌下依次將21. Og檸檬酸、37. 5g九水硝酸鋁加入到50mL水中，繼續(xù)攪拌直至獲得澄清2. Omol/L的的Al2O3溶膠。3、室溫下將15. 3g正硅酸乙酯和50mL含0. 001wt% HNO3的水溶液混合，并加入0. 1 襯％有機(jī)硅改性聚氧乙烯醚表面活性劑和0. 1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-9，持續(xù)攪拌至獲得均相且澄清透明的1. 6mol/L的SW2溶膠。4、將Ni溶膠和Al2O3溶膠按Ni =Al摩爾比=80:20混合并加入1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-9，攪拌均勻后，獲得鎳含量為80%且具有合適潤濕性能的Ni-Al2O3混合水溶膠。5、將Ni溶膠和Al2O3溶膠按Ni =Al摩爾比=40:60混合并加入0. 1 丨％有機(jī)硅改性聚氧乙烯醚表面活性劑和0.1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-9，攪拌均勻后，獲得鎳含量為40%且具有合適潤濕性能的Ni-Al2O3混合水溶膠。6、將0. 4mL鎳含量為80%，濃度為2. Omol/L的Ni-Al2O3混合水溶膠滴于磷酸溶液中超聲處理后的長寬各為35mm鋁片上，待混合水溶膠在鋁片上完全鋪展后，以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在80° C烘IOmin后，置于管式爐中，在隊(duì)氣氣氛下以5° C/min速率升溫至600° C，恒溫lh，自然冷卻至200°C后取出，得到鎳含量為80%的 Ni-Al2O3吸收底層。7、將0. 4mL鎳含量為40%，濃度為2. 0mol/L的Ni-Al2O3混合水溶膠滴于鎳含量為 80%的Ni-Al2O3吸收底層上，待混合水溶膠完全鋪展后，以4000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在80° C烘IOmin后，置于管式爐中，在隊(duì)氣氣氛下以5° C/min速率升溫至600° C，恒溫lh，自然冷卻至200°C后取出，得到鎳含量為40%的Ni-Al2O3吸收中間層。8、將0. 4mL濃度為1. 6mol/L的SW2溶膠滴于鎳含量為40%的Ni-Al2O3吸收中間層上，待溶膠完全鋪展后，以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在80° C烘 IOmin后，置于管式爐中，在N2氣氣氛下以5° C/min速率升溫至600°C，恒溫lh，自然冷卻至200°C后取出，得到S^2減反射頂層。制備的Ni-Al2O3膜系表面色澤均勻，無微裂紋，其對太陽能的吸收率可達(dá)0. 95，發(fā)射率為0. 03。實(shí)施例2
1.將21. Og檸檬酸、29. Ig六水硝酸鎳加入到50mL水中，在攪拌回流下升溫至90° C 后，向其加入24. Sg乙二醇，直至獲得澄清的2. 0mol/L的Ni溶膠。
2.將21. Og檸檬酸、37. 5g六水硝酸鋁加入到50mL水中，在攪拌回流下升溫至 90° C后，向其加24. 8g乙二醇，直至獲得澄清的2. Omol/L的Al2O3溶膠。3.室溫下將15. 3g正硅酸乙酯和50mL含0. 005wt% HNO3的水溶液混合，并加入 0. 1襯％有機(jī)硅改性聚氧乙烯醚表面活性劑和0. 1 wt%的酚基聚氧乙烯醚TX-100，持續(xù)攪拌至獲得均相且澄清透明的1. 6mol/L的SiA溶膠。4.將Ni溶膠和Al2O3溶膠按Ni =Al摩爾比=90 10混合并加入0. 5 wt%的酚基聚氧乙烯醚TX-100，攪拌均勻后，獲得鎳含量為90%且具有合適潤濕性能的Ni-Al2O3溶膠。5.將Ni溶膠和Al2O3溶膠按Ni =Al摩爾比=40 60混合并加入0. 1 wt%有機(jī)硅改性聚氧乙烯醚表面活性劑和0. 5 wt%的酚基聚氧乙烯醚TX-100，攪拌均勻后，獲得鎳含量為40%且具有合適潤濕性能的Ni-Al2O3溶膠。6.將0. 4mL鎳含量為90%，濃度為2. Omol/L的Ni-Al2O3混合水溶膠滴于處理后的長寬各為35mm鋁片上，待混合水溶膠在鋁片上完全鋪展后，以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在80° C烘IOmin后，置于管式爐中，在隊(duì)氣氣氛下以5° C/min速率升溫至600° C，恒溫lh，自然冷卻至200°C后取出，得到鎳含量為90%的Ni-Al2O3吸收底層。7.將0. 4mL鎳含量為40%，濃度為2. Omol/L的Ni-Al2O3混合水溶膠滴于鎳含量為 90%的Ni-Al2O3吸收層底上，待混合水溶膠完全鋪展后，以4000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在80° C烘IOmin后，置于管式爐中，在隊(duì)氣氣氛下以5° C/min速率升溫至600° C，恒溫lh，自然冷卻至200°C后取出，得到鈷含量為40%的Ni-Al2O3吸收中間層。8.將0. 4mL濃度為1. 6mol/L的SW2溶膠滴于鎳含量為40%的Ni-Al2O3吸收底層上，待溶膠完全鋪展后，以2500rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在80° C烘 IOmin后，置于管式爐中，在N2氣氣氛下以5° C/min速率升溫至600°C，恒溫lh，自然冷卻至200°C后取出，得到S^2減反射頂層。制備的Ni-Al2O3膜系表面色澤均勻，無微裂紋，其對太陽能的吸收率可達(dá)0. 94，發(fā)射率為0. 03。實(shí)施例3
1.攪拌下依次將21. 9g乙二胺四乙酸、14. 6g六水硝酸鎳加入到50mL水中后，向其滴加氨水至溶液PH為10左右，獲得澄清的1. 0mol/L的Ni溶膠。2.攪拌下依次將21. 9g乙二胺四乙酸、18. 8g六水硝酸鋁加入到50mL水中后，向其滴加氨水至溶液PH為10左右，獲得澄清的1. 0mol/L的Al2O3溶膠。3.室溫下將7. 6g正硅酸乙酯和50mL含0. 001wt% HNO3的水溶液混合，并加入0. 1 襯％有機(jī)硅改性聚氧乙烯醚表面活性劑和0. 1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-6，持續(xù)攪拌至獲得均相且澄清透明的0. 8mol/L的SW2溶膠。4.將Ni溶膠和Al2O3溶膠按Ni =Al摩爾比=70 30混合并加入0. 5 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-6，攪拌均勻后，獲得鎳含量為70%且具有合適潤濕性能的Ni-Al2O3溶膠。5.將Ni溶膠和Al2O3溶膠按Ni =Al摩爾比=40 60混合并加入0. 1 wt%有機(jī)硅改性聚氧乙烯醚表面活性劑和0. 1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-6，攪拌均勻后，獲得鎳含量為40%且具有合適潤濕性能的Ni-Al2O3溶膠。
6.將0. 4mL鎳含量 為70%，濃度為1. Omol/L的Ni-Al2O3混合水溶膠滴于處理后的長寬各為35mm鋁片上，待混合水溶膠在鋁片上完全鋪展后，以2000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在80° C烘IOmin后，置于管式爐中，在隊(duì)氣氣氛下以5° C/min速率升溫至600° C，恒溫lh，自然冷卻至200°C后取出，得到鎳含量為70%的Ni-Al2O3吸收底層。7.將0. 4mL鎳含量為40%，濃度為1. Omol/L的Ni-Al2O3混合水溶膠滴于鎳含量為 70%的Ni-Al2O3吸收層底上，待混合水溶膠完全鋪展后，以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在80° C烘IOmin后，置于管式爐中，在隊(duì)氣氣氛下以5° C/min速率升溫至600° C，恒溫lh，自然冷卻至200°C后取出，得到鎳含量為40%的Ni-Al2O3吸收中間層。8.將0. 4mL濃度為0. 8mol/L的SiO2溶膠滴于鎳含量為40%的Ni-Al2O3吸收中間層上，待溶膠完全鋪展后，以2000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在80° C烘 IOmin后，置于管式爐中，在N2氣氣氛下以5° C/min速率升溫至550°C，恒溫lh，自然冷卻至200°C后取出，得到SiO2減反射頂層。制備的Ni-Al2O3膜系表面色澤均勻，無微裂紋，其對太陽能的吸收率可達(dá)0.91，發(fā)射率為0. 04。實(shí)施例4
1.將21.Og檸檬酸、29. Ig六水硝酸鎳加入到50mL水中，在攪拌回流下升溫至140° C 后，向其滴加氨水至溶液PH為5左右，，再加入24. 8g乙二醇，直至獲得澄清的2. Omol/L 的Ni溶膠。.
2.將21.Og檸檬酸、37. 5g六水硝酸鋁加入到50mL水中，在攪拌回流下升溫至140° C 后，向其滴加氨水至溶液PH為5左右，，再加入24. 8g乙二醇，直至獲得澄清的2. Omol/L 的Al2O3溶膠。3.室溫下將15. 3g正硅酸乙酯和50mL含0. 001wt% HNO3的水溶液混合，并加入 0. 1襯％有機(jī)硅改性聚氧乙烯醚表面活性劑和0. 1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-9，持續(xù)攪拌至獲得均相且澄清透明的1. 6mol/L的SiO2溶膠。4.將Ni溶膠和Al2O3溶膠按Ni =Al摩爾比=80 20混合并加入1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-9，攪拌均勻后，獲得鎳含量為80%且具有合適潤濕性能的Ni-Al2O3溶膠。5.將Ni溶膠和Al2O3溶膠按Ni =Al摩爾比=30 70混合并加入0. 1 wt%有機(jī)硅改性聚氧乙烯醚表面活性劑和0. 1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-9，攪拌均勻后，獲得鎳含量為30%且具有合適潤濕性能的Ni-Al2O3溶膠。6.將0. 4mL鎳含量為80%，濃度為2. 0mol/L的Ni-Al2O3混合水溶膠滴于處理后的長寬各為35mm鋁片上，待混合水溶膠在鋁片上完全鋪展后，以5000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在80° C烘IOmin后，置于管式爐中，在隊(duì)氣氣氛下以20° C/min速率升溫至600° C，恒溫0. 5h，自然冷卻至200°C后取出，得到鎳含量為80%的Ni-Al2O3吸收底層ο7.將0. 4mL鎳含量為30%，濃度為2. 0mol/L的Ni-Al2O3混合水溶膠滴于鎳含量為 80%的Ni-Al2O3吸收層底上，待混合水溶膠完全鋪展后，以6000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在80° C烘IOmin后，置于管式爐中，在隊(duì)氣氣氛下以20° C/min速率升溫至600° C，恒溫0. 5h， 自然冷卻至200°C后取出，得到鎳含量為30%的Ni-Al2O3吸收中間層。8.將0. 4mL濃度為1. 6mol/L的鋁溶膠滴于鎳含量為80%的Ni-Al2O3吸收中間層上，待溶膠完全鋪展后，以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在80° C烘 IOmin后，置于管式爐中，在N2氣氣氛下以20° C/min速率升溫至600°C，恒溫0. 5h，自然冷卻至200°C后取出，得到Al2O3減反射頂層。制備的Ni-Al2O3膜系表面色澤均勻，無微裂紋，其對太陽能的吸收率可達(dá)0. 93，發(fā)射率為0. 04。實(shí)施例5
1、攪拌下依次將10. 5g檸檬酸、4. 6g氫氧化鎳或6. 2g堿式碳酸鎳，繼續(xù)攪拌直至獲得澄清的1. Omol/L Ni溶膠。2、攪拌下依次將10. 5g檸檬酸、12. Ig六水氯化鋁加入到50mL水中，繼續(xù)攪拌直至獲得澄清的1. Omol/L Al2O3溶膠。3、將0. 8mol/L的鎳溶膠和0. 8mol/L的鋁溶膠按摩爾比955混合，攪拌均勻后， 獲得鎳含量為95%，濃度為0. 8mol/L的Ni-Al2O3溶膠。4、將Ni溶膠和Al2O3溶膠按Ni =Al摩爾比=80 20混合并加入1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-9，攪拌均勻后，獲得鎳含量為80%且具有合適潤濕性能的Ni-Al2O3溶膠。5、將Ni溶膠和Al2O3溶膠按Ni =Al摩爾比=20 80混合并加入0. 1 wt%有機(jī)硅改性聚氧乙烯醚表面活性劑和0. 1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-9，攪拌均勻后，獲得鎳含量為20%且具有合適潤濕性能的Ni-Al2O3溶膠。6、將0. 4mL鎳含量為80%，濃度為1. Omol/L的Ni-Al2O3混合水溶膠滴于磷酸溶液中超聲處理后的長寬各為35mm鋁片上，待混合水溶膠在鋁片上完全鋪展后，以2000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在90° C烘IOmin后，置于管式爐中，在N2氣氣氛下以50° C/min速率升溫至550° C，恒溫2h，自然冷卻至200°C后取出，得到鎳含量為80%的 Ni-Al2O3吸收底層。7、將0. 4mL鎳含量為20%，濃度為1. 0mol/L的Ni-Al2O3混合水溶膠滴于鎳含量為 80%的Ni-Al2O3吸收層上，待混合水溶膠完全鋪展后，以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在90° C烘IOmin后，置于管式爐中，在隊(duì)氣氣氛下以50° C/min速率升溫至550° C，恒溫2h，自然冷卻至200°C后取出，得到鎳含量為20%的Ni-Al2O3吸收中間層。8、將0. 4mL濃度為1. 0mol/L的Al2O3溶膠滴于鎳含量為20%的Ni-Al2O3吸收中間層上，待溶膠完全鋪展后，以4000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在60° C烘 IOmin后，置于管式爐中，在N2氣氣氛下以5° C/min速率升溫至600°C，恒溫lh，自然冷卻至200°C后取出，得到Al2O3減反射頂層。制備的Ni-Al2O3膜系表面色澤均勻，無微裂紋，其對太陽能的吸收率可達(dá)0. 92，發(fā)射率為0. 03。實(shí)施例6
1、攪拌下依次將15. Og乙酰丙酮、43. 6g六水硝酸鎳加入到50mL水中，繼續(xù)攪拌直至獲得澄清的3. Omol/L的Ni溶膠。。2、攪拌下依次將15. Og乙酰丙酮、56. 2g六水硝酸鋁加入到50mL水中，繼續(xù)攪拌直至獲得澄清的3.0mol/L的Al2O3溶膠。3、室溫下將15. 3g正硅酸乙酯和50mL含0. 01wt% HNO3的水溶液混合，并加入0. 1 襯％有機(jī)硅改性聚氧乙烯醚表面活性劑和0. 1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-9，持續(xù)攪拌至獲得均相且澄清透明的1. 6mol/L的SW2溶膠。4、將Ni溶膠和Al2O3溶膠按Ni =Al摩爾比=80 20混合并加入1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-9，攪拌均勻后，獲得鎳含量為80%且具有合適潤濕性能的Ni-Al2O3溶膠。5、將Ni溶膠和Al2O3溶膠按Ni =Al摩爾比=40 60混合并加入0. 1 wt%有機(jī)硅改性聚氧乙烯醚表面活性劑和0. 1 wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚AE0-9，攪拌均勻后，獲得鎳含量為40%且具有合適潤濕性能的Ni-Al2O3溶膠。6、將0. 4mL鎳含量為80%，濃度為3. Omol/L的Ni-Al2O3混合水溶膠滴于磷酸溶液中超聲處理后的長寬各為35mm鋁片上，待混合水溶膠在鋁片上完全鋪展后，以4000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在50° C烘IOmin后，置于管式爐中，在隊(duì)氣氣氛下以5° C/min速率升溫至600° C，恒溫lh，自然冷卻至200°C后取出，得到鎳含量為80%的 Ni-Al2O3吸收底層。10、將0. 4mL鎳含量為40%，濃度為3. Omol/L的Ni-Al2O3混合水溶膠滴于鎳含量為 80%的Ni-Al2O3吸收層上，待混合水溶膠完全鋪展后，以4000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在80° C烘IOmin后，置于管式爐中，在隊(duì)氣氣氛下以5° C/min速率升溫至600° C，恒溫lh，自然冷卻至200°C后取出，得到鎳含量為40%的Ni-Al2O3吸收中間層。8、將0. 4mL濃度為1. 6mol/L的SW2溶膠滴于鎳含量為40%的Ni-Al2O3吸收中間層上，待溶膠完全鋪展后，以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂30s制備凝膠膜，所得凝膠膜在80° C烘 IOmin后，置于管式爐中，在N2氣氣氛下以5° C/min速率升溫至550°C，恒溫lh，自然冷卻至200°C后取出，得到S^2減反射頂層。制備的Ni-Al2O3膜系表面色澤均勻，無微裂紋，其對太陽能的吸收率可達(dá)0. 94，發(fā)射率為0. 03。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系，其特征在于所述太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系為三層結(jié)構(gòu)，由吸收底層、吸收中間層和減反射頂層構(gòu)成；所述吸收底層和吸收中間層由不同過渡金屬M(fèi)含量的M-Al2O3混合水溶膠制備；所述減反射頂層由Al2O3溶膠、SW2溶膠、Al2O3- SiO2 混合溶膠制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系，其特征在于所述吸收底層的 M-Al2O3中M的摩爾含量為70-90%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系，其特征在于所述吸收中間層的M-Al2O3中M的摩爾含量為20-60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系，其特征在于所述過渡金屬M(fèi) 選自附、&)、01^8、？丨^11、？(1或!^中的一種的硝酸鹽、鹵化鹽、羧酸鹽、氫氧化鹽、碳酸鹽、 堿式碳酸鹽、磷酸鹽或硫酸鹽。
5.一種如權(quán)利權(quán)利要求1或4所述的太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系的制備方法，其特征在于所述太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系是由水溶膠一凝膠法制備而成，所述制備方法包括如下步驟a)制備M溶膠；將螯合劑、過渡金屬M(fèi)鹽按質(zhì)量比20:80-70:30加到水中，持續(xù)攪拌直至獲得澄清的M溶膠；b)制備Al2O3溶膠；將螯合劑、鋁鹽按質(zhì)量比20:80-70:30加到水中，持續(xù)攪拌直至獲得澄清的Al2O3溶膠；c)制備SW2溶膠；d)將步驟a)的M溶膠和步驟b)的Al2O3溶膠按M和Al的摩爾比70 30-90 10混合， 加入潤濕劑，攪拌均勻后，得到吸收底層的高金屬含量的M-Al2O3混合水溶膠；e)將步驟a)的M溶膠和步驟b)的Al2O3溶膠按M和Al的摩爾比20 80-60 40混合， 加入潤濕劑，攪拌均勻后，得到吸收中間層的中等金屬含量的M-Al2O3混合水溶膠；f)將步驟b)的Al2O3溶膠和步驟c)的SiO2溶膠按Al和Si的摩爾比90:10-10:90混合，攪拌均勻后，得到減反射頂層的Al2O3-S^2混合水溶膠或直接選自Al2O3溶膠或S^2溶膠；g)將高金屬含量的M-Al2O3混合水溶膠以旋涂法、噴涂法或提拉法在金屬基底上成膜， 經(jīng)干燥和惰性氣氛下熱處理得到高金屬含量的M-Al2O3吸收底層；h)將中等金屬含量的M-Al2O3混合水溶膠以旋涂法、噴涂法或提拉法在高金屬含量的 M-Al2O3吸收底層上成膜后，經(jīng)干燥和惰性氣氛下熱處理得到中等金屬含量的M-Al2O3吸收中間層；將減反射頂層溶膠以旋涂法、噴涂法或提拉法在中等金屬含量的M-Al2O3吸收中間層上成膜后，經(jīng)干燥和惰性氣氛下熱處理得到減反射頂層，獲得所述光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系的制備方法，其特征在于所述鋁鹽為硝酸鋁或三氯化鋁、烷氧基鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系的制備方法，其特征在于所述螯合劑為含羧基、羰基、酯基、胺基、羥基、酰胺基或羧酸根的化合物，包括檸檬酸、乙二胺四乙酸、草酸、琥珀酸、己二酸、酒石酸、蘋果酸、乳酸、乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯、二亞乙基三胺、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲酰胺或檸檬酸銨。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系的制備方法，其特征在于所述潤濕劑的添加量為0. 1-1. 0 wt%,以兩種溶膠混合物中總固形物重量計(jì)；所述潤濕劑選自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、氟改性聚氧乙烯醚、有機(jī)硅改性聚氧乙烯醚型非離子表面活性劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系的制備方法，其特征在于所述惰性氣氛為隊(duì)；所述干燥的溫度為50-90° C。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系的制備方法，其特征在于所述熱處理的升溫速率為1° C/min-50° C/min，熱處理的溫度為500-650° C，熱處理時(shí)間為 0. 5h 汕。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收膜系及其制備方法，該轉(zhuǎn)換吸收膜系為三層結(jié)構(gòu)，由吸收底層、吸收中間層和減反射頂層構(gòu)成；所述吸收底層和吸收中間層是由過渡金屬M(fèi)鹽與鋁鹽構(gòu)成的不同M鹽含量的M-Al2O3混合水溶膠制備；所述減反射頂層由Al2O3溶膠、SiO2溶膠、Al2O3-SiO2混合溶膠制備。該膜系制備成本低廉，制備方法簡單易行，對環(huán)境無污染；且膜系的光學(xué)性能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用要求，即太陽能吸收率大于0.90，發(fā)射率小于0.10。
文檔編號C23C20/08GK102287940SQ201110123869
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者李鎮(zhèn)祥, 趙劍曦 申請人:福州大學(xué)