專利名稱：高溫太陽能光熱轉換功能鍍層的制作方法
技術領域：
本發明涉及涉及一種高溫太陽能光熱轉換功能鍍層。
背景技術：
太陽能光熱轉換功能鍍層的結構一般為減反層、吸收層和紅外高反層，依次沉積在基底上，紅外高反層距基底最近，減反層在功能層的最外層，這種結構具有高的太陽吸收比和低的紅外發射比。減反層的作用是使太陽光在減反層界面上和吸收層界面上的反射發生相消干涉效應，使被干涉的反射能量進入吸收層中，從而提高鍍層的太陽吸收比。吸收層的作用是吸收太陽能光譜范圍內的能量，其本身由一層或多層納米金屬粒子與電介質復合材料組成。納米金屬粒子受太陽光激發而發生電子能級躍遷，電子在返回其運行軌道時以熱輻射的形式釋放能量，從而實現光熱轉換功能。紅外高反層的作用是降低紅外發射比，根據基爾霍夫定律，紅外高反射特性對應具有低的紅外發射比。因為太陽能接收器內的能量會以紅外輻射的形式向外散失，通過紅外高反層可以使吸收的能量盡可能少的散失到接收器以外。目前，太陽能光熱轉換功能鍍層的減反層材料主要包括SiO、AlN、AlNO、MgF、MgCF 等；吸收層材料主要包括AlN-Al、A1N-SS、TiAlN等；紅外高反層材料主要包括Al、Cu等。 其性能一般能達到吸收比0. 86-0. 96，發射比0. 06-0. 09 (100°C )，但溫度達到400。。時，其發射比一般會超過0. 2，且吸收比和發射比的性能會快速衰減。
發明內容
為此，本發明的目的在于提供一種高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，其具有高的太陽吸收比和在高溫時低的紅外發射比，并且在非真空高溫條件下也具有優異的穩定性。本發明采用以下技術方案
該發明高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，包括依次沉積的內防護層、紅外高反層、外防護層、吸收層和減反層，其中，內防護層直接沉積在基底上，所述吸收層為四層結構，且吸收層以鎳和鉻為靶、以氧為反應氣形成，四層結構從內到外鎳鉻質量百分比依次降低、氧含量依次提聞。基于上述結構，采用了四層結構的吸收層，即吸收層吸收層采用高熔點金屬鎳 (Ni )和鉻(Cr )及其氧化物的復合材料，包含4個二級層，反應氣體采用氧氣(O2)，其具有優異的吸收性能和熱穩定性，其性能在高溫(400°C IO(TC)條件下衰減很小，發射比非常低，即便是在800°C其發射比也會低于0. 2。且意外的發現是基于上述四層結構的吸收層的鍍層在800°C非真空條件下烘烤24小時后再測量其性能，其吸收比和發射比的衰減僅為 0. 01。另外，吸收層分層鍍制，外層含氧量高，熱穩定性好，內層含氧量低，對外保護層， 尤其是紅外高反層的負面影響低，防止紅外高反層氧化。
上述高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，所述四層結構的每層層厚在30-40nm，吸收層的總層厚在130 155nm。上述高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，較佳的選擇是所述四層結構的各層，從內到外鎳鉻氧(Ni-Cr-O)的摩爾比分別為5:3:2/2:1:2/3:1:6/1:1: 8，最外層形成氧化物，熱穩定性極好，內層含氧量低，為主要的功能部分。上述高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，所述內防護層和外防護層為鉻層，其中內防護層的厚度為5(T60nm，外防護層的厚度為l(Tl5nm。內外防護層的選擇主要在于紅外高反層的保護，太厚會影響發射比，太薄則起不到實質的保護作用。上述高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，所述紅外高反層為銀層，其厚度為 150nnTl60nm，銀層或者銀膜仍然是現在比較常用的選擇，本方案中采用相對合理的厚度， 可有效降低發射比。上述高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，所述減反層為氧化鋁層，厚度為6(T70nm，致密的氧化鋁膜能夠形成進一步的保護。
圖I為依據本發明的一種高溫太陽能光熱轉換功能鍍層的結構原理圖。圖中1_基底；2-內防護層；3_紅外高反層；4_外防護層；5_吸收層；6_減反層。
具體實施例方式實施例I :
參照說明書附圖1，主要涉及吸收層的選擇，對鍍層的其它部分作一般性的選擇，那么依據本發明的一種高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，包括依次沉積的內防護層2、紅外高反層
3、外防護層4、吸收層5和減反層6，其中，內防護層直接沉積在基底I上，所述吸收層5為四層結構，且吸收層以鎳和鉻為靶、以氧為反應氣形成，四層結構從內到外鎳鉻質量百分比依次降低、氧含量依次提高。內防護層和外防護層優選Cr (鉻)，內防護層厚度為5(T60nm， 外防護層厚度為l(Tl5nm，所選用厚度為較佳選擇，本領域的技術人員根據需要可以進行調整，紅外高反層則采用Ag (銀)，厚度在15(Tl60nm，減反層選擇氧化鋁，厚度在6(T70nm。在上述一般選擇的基礎上，采用吸收層最佳的選擇結構為四層結構，且鎳鉻氧(Ni-Cr-O)的摩爾比分另Ij為5:3:2/2:1:2/3:1:6/1:1: 8，四層結構的最內層厚度為40nm,其他在30 32nm間選擇。其制備方法為，把尺寸為40mmX40mmX Imm的316不銹鋼基片固定在磁控派射實驗機的基片架上，實驗機腔體直徑為700mm，高度為500mm，中心有4個旋轉磁控濺射靶，其材質分別為銀(Ag)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鋁(Al)，基片到濺射靶的距離為90mm。用機械真空泵和分子泵將腔體內真空度抽到5X10_3Pa，調節擋板閥，充入30sccm氬氣(Ar)，使腔體內壓強達到4X10^8。啟動鉻(Cr)靶用5kW功率濺射6分鐘后停止，啟動銀(Ag)靶用5kW功率濺射15分鐘后停止，再啟動鉻(Cr)靶用5kW功率濺射I分鐘，然后同時啟動鎳(Ni)靶， 功率為5kW，并沖入IOsccm氧氣(O2)濺射3分鐘，然后氧氣(O2)增加到18sCCm濺射3分鐘，氧氣(O2)再增加到33sccm濺射4分鐘，最后氧氣(O2)增加到40sccm濺射5分鐘后停止，啟動鋁(Al)靶，功率為3kW，同時充入(O2) 30SCCm濺射28分鐘后停止，鍍層制備完成。
使用紫外-可見-近紅外分光光度計和紅外光譜儀測量該功能鍍層的太陽吸收比為0. 958，不同溫度的發射比分別為0. 04 (IOO0C )/0. 09 (400°C )/0. 16 (800°C)，其特別之處在于發射比非常低，特別是在高溫情況下依然保持較低的發射比。更令人驚奇的是該鍍層在800°C非真空條件下烘烤24小時后再測量其性能，其吸收比和發射比的衰減為0. 01。實施例2:
設備、基片和真空條件同實施例1，啟動鉻(Cr)靶用5kW功率濺射8分鐘后停止，啟動銀(Ag)靶用5kW功率濺射18分鐘后停止，再啟動鉻(Cr)靶用5kW功率濺射2分鐘，然后同時啟動鎳(Ni)靶，功率為5kW，并沖入IOsccm氧氣(O2)濺射4分鐘，然后氧氣(O2)增加到 18sccm#i射4分鐘，氧氣(O2)再增加到33sccm#i射5分鐘，最后氧氣(O2)增加到40sccm 濺射6分鐘后停止，啟動鋁(Al)靶，功率為3kW，同時充入(02 ) 30sCCm濺射30分鐘后停止， 鍛層制備完成。使用紫外-可見-近紅外分光光度計和紅外光譜儀測量該功能鍍層的太陽吸收比為0.96，不同溫度的發射比分別為0.05 (IOO0C )/0. I (400 0C )/0. 18 (800°C)，該鍍層在 800°C非真空條件下烘烤24小時后再測量其性能，其吸收比和發射比的衰減為0. 012。實施例3
設備、基片和真空條件同實施例1，啟動鉻(Cr)靶用5kW功率濺射4分鐘后停止，啟動銀(Ag)靶用5kW功率濺射12分鐘后停止，再啟動鉻(Cr)靶用5kW功率濺射I分鐘，然后同時啟動鎳(Ni)靶，功率為5kW，并沖入IOsccm氧氣(O2)濺射2分鐘，然后氧氣(O2)增加到 18sccm#i射2分鐘，氧氣(O2)再增加到33sccm#i射3分鐘，最后氧氣(O2)增加到40sccm 濺射5分鐘后停止，啟動鋁(Al)靶，功率為3kW，同時充入(02 ) 30sCCm濺射25分鐘后停止， 鍛層制備完成。使用紫外-可見-近紅外分光光度計和紅外光譜儀測量該功能鍍層的太陽吸收比為0.95，不同溫度的發射比分別為0.04 (100°C)/0. 08 (400 °C )/0. 15 (800°C)，該鍍層在 800°C非真空條件下烘烤24小時后再測量其性能，其吸收比和發射比的衰減為0. 012。
權利要求
1.一種高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，包括依次沉積的內防護層(2)、紅外高反層(3)、外防護層(4)、吸收層(5)和減反層(6)，其中，內防護層直接沉積在基底(I)上，其特征在于所述吸收層(5)為四層結構，且吸收層以鎳和鉻為靶、以氧為反應氣形成，四層結構從內到外鎳鉻質量百分比依次降低、氧含量依次提高。
2.根據權利要求I所述的高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，其特征在于所述四層結構的每層層厚在30-40nm。
3.根據權利要求2所述的高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，其特征在于所述四層結構的各層，從內到外厚度依次減小。
4.根據權利要求I至3任一所述的高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，其特征在于所述四層結構的各層，從內到外鎳鉻氧(Ni-Cr-O)的摩爾比分別為5:3:2/2:1:2/3:1:6/1:1:8。
5.根據權利要求I所述的高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，其特征在于所述內防護層(2)和外防護層為鉻層，其中內防護層的厚度為5(T60nm，外防護層的厚度為l(Tl5nm。
6.根據權利要求I所述的高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，其特征在于所述紅外高反層(3)為銀層，其厚度為150nnTl60nm。
7.根據權利要求I所述的高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，其特征在于所述減反層為氧化鋁層，厚度為6(T70nm。
全文摘要
本發明公開了一種高溫太陽能光熱轉換功能鍍層，包括依次沉積的內防護層、紅外高反層、外防護層、吸收層和減反層，其中，內防護層直接沉積在基底上，所述吸收層為四層結構，且吸收層以鎳和鉻為靶、以氧為反應氣形成，四層結構從內到外鎳鉻質量百分比依次降低、氧含量依次提高。依據本發明，具有高的太陽吸收比和在高溫時低的紅外發射比，并且在非真空高溫條件下也具有優異的穩定性。
文檔編號B32B9/04GK102538261SQ20121007228
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月19日 優先權日2012年3月19日
發明者劉希杰, 吳旭林, 張化明, 楊波, 柯偉 申請人:山東力諾新材料有限公司