一種金屬-介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種金屬-介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層。所述的涂層在襯底上依次是紅外反射層、吸收層、減反層。涂層的吸收層由金屬涂層和介質涂層交替鍍制而成，共2～7層，且自上而下第一層為金屬涂層。涂層的顏色通過改變吸收層中的金屬涂層或介質涂層的層數和厚度組合，或改變減反層的厚度來實現。本專利的太陽選擇性吸收涂層具有太陽光吸收率高，紅外熱發射率低，光熱轉換效率高，涂層顏色可調，制備工藝容易控制，生產成本低的特點，特別適用于太陽能集熱器與建筑一體化的場合。
【專利說明】—種金屬-介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能光熱轉換材料、太陽能集熱器領域，具體是指一種金屬-介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層。
【背景技術】
[0002]太陽能作為理想的可持續清潔能源受到了人們的密切關注。目前對太陽能的利用主要體現在光熱、光電和光化學轉換等方面。太陽能光熱轉換最直接的方法是利用高太陽光吸收和低熱發射的太陽能集熱器。太陽能集熱器的表面通常采用涂上黑色的吸收涂層來達到對太陽能吸收率的最大化，但是表面黑色的集熱器在與建筑物一體化的過程中受到了限制，因為相比于黑色的太陽能集熱器，85%的居民更喜歡彩色的太陽能集熱器。所以，擁有一個美麗外觀的太陽能集熱器不僅在實現與建筑一體化過程中扮演了十分重要的角色，而且在推動太陽能集熱器大面積使用上也起到了很好的推動作用。針對這一情況，本發明提出一種金屬/介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層。
【發明內容】
[0003]本發明的目的之一在于提供一種金屬/介質多層結構的太陽光熱吸收涂層。
[0004]本發明的目的之二是提供一種顏色可調的太陽光熱吸收涂層制備方法。
[0005]本發明提供的太陽光熱吸收涂層具有太陽能吸收率高，紅外熱發射率低，光熱轉換效率高，涂層顏色可調，制備工藝容易控制，生產成本低的特點，特別適用于與建筑物一體化的太陽能集熱器。
[0006]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:一種金屬-介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層，涂層由金屬/介質和襯底構成，且自下而上分別為襯底、紅外反射層、吸收層和減反層疊合而成，其中:
所述的減反層位于涂層的最上面，是由氮化鋁膜、氧化鋁膜或氧化硅膜中的一種構成，涂層厚度為2到100納米。通過改變減反層的厚度可調節涂層顏色。
[0007]所述的吸收層，位于減反層之下，共有2?7層，自上而下第一層為金屬涂層，分別由鈦或鉻中的一種金屬涂層和氮化鋁、氧化鋁或氧化硅中的一種介質涂層交替鍍制而成。
[0008]所述的紅外反射層位于吸收層之下，為單層結構。紅外反射涂層是銅、鋁或銀涂層中的一種，厚度范圍為120到200納米。
[0009]所述的襯底位于紅外反射層之下，是由石英片、銅片、鋁片或不銹鋼片構成。
[0010]本專利所述的一種金屬-介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層可通過磁控濺射鍍制。制備過程如下:
1、在石英片、銅片、鋁片或不銹鋼片構成的襯底上鍍制一層紅外反射層，其制備方法直接采用金屬銅、金屬鋁、金屬銀靶進行濺射鍍制。涂層厚度范圍為120到200納米，太薄會影響太陽能吸收率和發射率，太厚會降低與襯底間的附著能力。
[0011]2、在紅外反射層上交替鍍制金屬涂層和介質涂層作為吸收層，且自上而下第一層為金屬涂層。金屬涂層是鈦膜或鉻膜，膜層厚度范圍為2到30納米。其制備方法直接采用金屬鈦或金屬鉻靶進行濺射鍍制。介質涂層是氮化鋁膜、氧化鋁膜或氧化硅膜，膜層厚度范圍為10到100納米。氮化鋁膜采用金屬鋁靶，以氮氣作為反應氣體進行反應濺射；或者采用氮化鋁靶直接進行濺射鍍制。氧化鋁膜采用金屬鋁靶，以氧氣作為反應氣體進行反應濺射；或者采用氧化鋁靶直接進行濺射鍍制。氧化硅膜采用硅靶，以氧氣作為反應氣體進行反應濺射；或者采用氧化硅靶直接進行濺射鍍制。
[0012]3、在吸收層上鍍制一層減反層，減反層是氮化鋁膜、氧化鋁膜或氧化硅膜，膜層厚度范圍為2到100納米。通過調節減反層的厚度調節涂層的顏色。氮化鋁膜采用金屬鋁靶，以氮氣作為反應氣體進行反應濺射；或者采用氮化鋁靶直接進行濺射鍍制。氧化鋁膜采用金屬鋁靶，以氧氣作為反應氣體進行反應濺射；或者采用氧化鋁靶直接進行濺射鍍制。氧化硅膜采用硅靶，以氧氣作為反應氣體進行反應濺射；或者采用氧化硅靶直接進行濺射鍍制。
[0013]本發明的有益效果為:該太陽光熱吸收涂層制備方法簡單、成本低、易于工業化。在保持太陽光熱吸收涂層具有高太陽光吸收率和低紅外熱發射率的前提下，實現涂層顏色多樣化，滿足市場對太陽能集熱器個性化需求，具有很好的市場前景。
[0014]本發明專利的太陽光熱吸收涂層，具有太陽能吸收率高，紅外熱發射率低，光熱轉換效率高的特點，通過改變吸收層中的金屬涂層或介質涂層的層數和厚度組合，或改變減反層的厚度來實現吸收涂層顏色多樣化。從而實現吸收涂層的顏色與建筑物的外觀相匹配。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]附圖1是本發明的金屬/介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層結構示意圖。
[0016]附圖2本發明實施例1所述的一種紫色太陽光熱吸收涂層的反射譜圖。
[0017]附圖3本發明實施例2所述的一種黃綠色太陽光熱吸收涂層的反射譜圖。
[0018]附圖4本發明實施例3所述的一種藍色太陽光熱吸收涂層的反射譜圖。
[0019]附圖5本發明實施例4所述的一種粉紅色太陽光熱吸收涂層的反射譜圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本專利的內容、技術方案更加清楚明白，現結合附圖以實施例的方式對本專利作進一步的說明:
圖1中，I為襯底；2為紅外反射層；3為吸收層，該吸收層由2?7層金屬涂層和介質涂層交替鍍制而成，且最上層為金屬涂層；4為減反層。
[0021]實施例1:
一種紫色的太陽光熱吸收涂層及其制備方法。
[0022]此太陽光熱吸收涂層自下而上的組成依次為襯底、紅外反射層、吸收層和減反層，其中吸收層由氮化鋁膜和鈦膜組成，具體膜層成分如下:
石英片 /Cu/Ti/A1N/Ti/A1N。
[0023]本實施例以磁控濺射設備為例，其制備方法如下:
首先，以石英片作為襯底，采用直流磁控濺射在石英片上鍍制銅膜。所用靶材為金屬銅靶，通過濺射240秒使銅膜厚度達到120納米。
[0024]然后，采用直流磁控濺射在銅膜上鍍制鈦膜，所用靶材為金屬鈦靶，通過濺射47秒使鈦膜厚度達到24納米；以金屬鋁為靶材，通入氮氣作為反應氣體在鈦膜上鍍制氮化鋁膜，通過濺射265秒使氮化鋁膜厚度達到52納米；以金屬鈦作為靶材，采用直流磁控濺射在氮化鋁膜上鍍制鈦膜，通過濺射49秒使鈦膜厚度達到25納米；
最后，繼續以金屬鋁為靶材，通入氮氣作為反應氣體在鈦膜上鍍制氮化鋁膜，通過濺射420秒使氮化鋁膜厚度達到83納米；
這樣，一種紫色的太陽光熱吸收涂層就制備完成了，其反射譜如圖2所示。該吸收涂層具有高太陽能吸收率為0.94，低熱發射率為0.05。
[0025]實施例2:
一種黃綠色的太陽光熱吸收涂層及其制備方法。
[0026]此太陽光熱吸收涂層自下而上的組成依次為襯底、紅外反射層、吸收層和減反層，其中吸收層由氮化鋁膜和鈦膜組成，具體膜層成分如下:
石英片 /Cu/A1N/Ti/A1N/Ti/A1N。
[0027]本實施例以磁控濺射設備為例，其吸收涂層的制備方法如下:
首先，以石英片作為襯底，采用直流磁控濺射在石英片上鍍制鋁膜。所用靶材為金屬鋁靶，通過濺射240秒使鋁膜厚度達到120納米。
[0028] 然后，以金屬鋁為靶材，通入氮氣作為反應氣體在銅膜上鍍制氮化鋁膜，通過濺射280秒使氮化鋁膜厚度達到55納米；以金屬鈦作為靶材，采用直流磁控濺射在氮化鋁膜上鍍制鈦膜，通過濺射32秒使鈦膜厚度達到16納米；以金屬鋁為靶材，通入氮氣作為反應氣體在鈦膜上鍍制氮化鋁膜，通過濺射320秒使氮化鋁膜厚度達到63納米；以金屬鈦作為靶材，采用直流磁控濺射在氮化鋁膜上鍍制鈦膜，通過濺射35秒使鈦膜厚度達到18納米；
最后，繼續以金屬鋁為靶材，通入氮氣作為反應氣體在鈦膜上鍍制氮化鋁膜，通過濺射305秒使氮化鋁膜厚度達到60納米；
這樣，一種黃綠色的太陽光熱吸收涂層就制備完成了，其反射譜如圖3所示。該吸收涂層具有高太陽能吸收率為0.92，低熱發射率為0.05。
[0029]實施例3:
一種藍色的太陽光熱吸收涂層及其制備方法。
[0030]此太陽光熱吸收涂層自下而上的組成依次為襯底、紅外反射層、吸收層和減反層，其中吸收層由氧化鋁膜和鈦膜組成，具體膜層成分如下:
鋁片 /Ag/Al203/Ti/ Al2O3Ai/ Al2O30
[0031]本實施例以磁控濺射設備為例，其吸收涂層的制備方法如下:
首先，以石英片作為襯底，采用直流磁控濺射在石英片上鍍制銀膜。所用靶材為金屬銀靶，通過濺射150秒使銀膜厚度達到120納米。
[0032]然后，以金屬鋁為靶材，通入氧氣作為反應氣體在銀膜上鍍制氧化鋁膜，通過濺射225秒使氧化鋁膜厚度達到36納米；以金屬鈦作為靶材，采用直流磁控濺射在氧化鋁膜上鍍制鈦膜，通過濺射62秒使鈦膜厚度達到30納米；以金屬鋁為靶材，通入氧氣作為反應氣體在鈦膜上鍍制氧化鋁膜，通過濺射156秒使氧化鋁膜厚度達到25納米；以金屬鈦作為靶材，采用直流磁控濺射在氧化鋁膜上鍍制鈦膜，通過濺射25秒使鈦膜厚度達到12納米； 最后，繼續以金屬鋁為靶材，通入氧氣作為反應氣體在鈦膜上鍍制氧化鋁膜，通過濺射544秒使氧化鋁膜厚度達到87納米；
這樣，一種藍色的太陽光熱吸收涂層就制備完成了，其反射譜如圖4所示。該吸收涂層具有高太陽能吸收率為0.94，低熱發射率為0.03。
[0033]實施例4
一種粉紅色的太陽光熱吸收涂層及其制備方法。
[0034]此太陽光熱吸收涂層自下而上的組成依次為襯底、紅外反射層、吸收層和減反層，其中吸收層由氧化硅膜和鉻膜組成，具體膜層成分如下:
不銹鋼片 /Al/Si02/Cr/ Si02/Cr/ SiO2。
[0035]本實施例以磁控濺射設備為例，其吸收涂層的制備方法如下:
首先，以不銹鋼片作為襯底，采用直流磁控濺射在不銹鋼片上鍍制鋁膜。所用靶材為金屬鋁靶，通過濺射380秒使鋁膜厚度達到120納米。
[0036]然后，以硅為靶材，通入氧氣作為反應氣體在銅膜上鍍制氧化硅膜，通過濺射278秒使氧化硅膜厚度達到39納米；以金屬鉻作為靶材，采用直流磁控濺射在氧化硅膜上鍍制鉻膜，通過濺射18秒使鉻膜厚度達到7納米；以硅為靶材，通入氧氣作為反應氣體在鉻膜上鍍制氧化硅膜，通過濺射650秒使氧化硅膜厚度達到91納米；以金屬鉻作為靶材，采用直流磁控濺射在氧化硅膜上鍍制鉻膜，通過濺射13秒使鉻膜厚度達到5納米；
最后，繼續以硅為靶材，通入氧氣作為反應氣體在鉻膜上鍍制氧化硅膜，通過濺射585秒使氧化硅膜厚度達到82納米；
這樣，一種粉紅色的太陽光熱吸收涂層就制備完成了，其反射譜如圖5所示。該吸收涂層具有高太陽能吸收率為0.95，低熱發射率為0.04。
【權利要求】
1.一種金屬/介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層，其特征是:在襯底I上依次是紅外反射層、吸收層、減反層。
2.根據權利要求1所述的金屬/介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層，其特征在于:所述的襯底I可以是石英片、銅片、鋁片或不銹鋼片中的一種。
3.根據權利要求1所述的金屬/介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層，其特征在于:所述的紅外反射層是銅膜、鋁膜或銀膜中的一種。
4.根據權利要求1所述的金屬/介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層，其特征在于:所述的吸收層是由金屬涂層、介質涂層交替鍍制而成，共2?7層，且自上而下第一層為金屬涂層。
5.根據權利要求4所述的金屬/介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層，其特征在于:所述的金屬涂層是鈦膜或鉻膜中的一種。
6.根據權利要求4所述的金屬/介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層，其特征在于:所述的介質涂層是氮化鋁膜、氧化鋁膜或氧化硅膜中的一種。
7.根據權利要求1所述的金屬/介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層，其特征在于:所述的減反層是氮化鋁膜、氧化鋁膜或氧化硅膜中的一種。
8.根據權利要求1所述的金屬/介質多層結構顏色可調的太陽光熱吸收涂層，其特征在于:所述的顏色可調是通過改變吸收層中的金屬涂層或介質涂層的層數和厚度組合，或改變減反層的厚度來實現的。
【文檔編號】B32B15/00GK103727693SQ201410011783
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月11日 優先權日:2014年1月11日
【發明者】賴發春, 吳楊微, 楊睿華, 林麗梅, 鄭衛鋒 申請人:福建師范大學