目錄引言 4第1章選擇性吸收涂層的研究進(jìn)展 5第2章選擇性吸收涂層的分類 52.1收型涂層 62.2吸收涂層 62.3電介質(zhì)復(fù)合吸收涂層 72.4性吸收涂層 72.5黑型涂層 7第3章太陽能選擇性吸收涂層的制備方法多種多樣 73.1涂料由顏料和粘接劑組成 73.2凝膠法 83.3沉積法 83.4沉積法 83.5噴涂法 9第4章平板集熱器選擇涂層的未來發(fā)展方向 9總結(jié) 10參考文獻(xiàn) 10

CatalogIntroduction 41Theresearchprogressofselectiveabsorptioncoatinginthefirstchapter 52Theclassificationofselectiveabsorptioncoatingsinthesecondchapter 52.1Typecoating 62.2Absorptioncoating 62.3Dielectriccompositeabsorptioncoating 72.4Sexabsorptioncoating 72.5Blackcoating 73Thirdthepreparationmethodsofthesolarselectiveabsorptioncoatingarevariedin 73.1Paintconsistsofpigmentsandadhesives 73.2Gelmethod 83.3Depositionmethod 83.4Depositionmethod 83.5Spraymethod 94Thefuturedevelopmentdirectionofthefourthchapteroftheplatecollectorselectioncoating 9Sumup 10Reference 10

關(guān)于平板型太陽能集熱器選擇性吸收涂層的研究摘要：本論文結(jié)合國內(nèi)外平板太陽能集熱器選擇性吸收涂層的發(fā)展歷史，綜述了平板太陽能熱水器集熱涂層的種類、制備方法及發(fā)展現(xiàn)狀。分析了涂料行業(yè)存在的問題和發(fā)展瓶頸。展望了涂料未來的發(fā)展趨勢。介紹了涂層性能檢測的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵詞:平板型集熱器:太陽能:選擇性吸收；涂層引言任何一個國家的發(fā)展都與能源的開發(fā)利用密切相關(guān)。沒有能源，世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展只能是空話。一個國家的能源消耗越大，經(jīng)濟(jì)就越發(fā)達(dá)。它是一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指標(biāo)。常見的能源有石油、天然氣、煤等。，但它們是不可再生能源。據(jù)世界能源和中國能源統(tǒng)計(jì)，一些專家預(yù)測，未來幾年，全球?qū)σ淮文茉吹男枨笙喈?dāng)于137.49億噸石油[1]。這些不可再生能源將在不久的將來耗盡。為了自身的發(fā)展，人類瘋狂和不受控制地開采化石燃料，化石燃料數(shù)據(jù)急劇下降。石油壽命只有40年，天然氣將在60年內(nèi)耗盡，煤將在220年后消失在[。化石燃料不僅數(shù)量有限，而且最重要的是化石燃料的使用會導(dǎo)致環(huán)境退化，影響我們的正常生活。前中央記者柴靜在穹頂下拍攝，暴露了當(dāng)前嚴(yán)峻的環(huán)境。霧霾、溫室效應(yīng)、PM2.5等概念已經(jīng)被我們的生活所包圍。為了解決嚴(yán)重的能源問題，許多專家致力于新能源的研究與開發(fā)。太陽能、風(fēng)能、氫能、生物質(zhì)能等綠色新能源一直是科學(xué)研究的熱點(diǎn)，不僅如此，而且許多科學(xué)家也將高新技術(shù)與新能源的發(fā)展結(jié)合起來，取得了一定的成果。例如，利用高端技術(shù)結(jié)合小的正、負(fù)物質(zhì)，組合過程將釋放出巨大的能量；氫原子從高能能級軌道躍遷到低能級軌道運(yùn)動；合成“氦-3”同位素，可發(fā)射無污染的能量等。目前，在新能源的開發(fā)和利用，中國的理論基礎(chǔ)和技術(shù)創(chuàng)新仍無法跟上世界的步伐，但隨著人類的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們越來越關(guān)注環(huán)境問題，中國的新能源的開發(fā)和利用技術(shù)有快速的進(jìn)步，新能源是時代的呼喚，人類的需求。發(fā)展可再生、無污染的能源，對促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)和社會文明的發(fā)展起著舉足輕重的作用。取之不盡、用之不竭的清潔能源太陽能，廣泛分布于世界各國，無需管道運(yùn)輸。此外，太陽能巨大，相當(dāng)于1.3萬億噸煤炭能源。無論是發(fā)達(dá)國家還是落后國家，只要太陽能資源充足，就可以收集和利用，減少化石燃料的使用，減少對環(huán)境的危害。太陽能分散在世界各地，所以太陽能的利用不受地理位置的影響，任何人、任何國家，這些獨(dú)特的優(yōu)勢都已在世界各地得到公認(rèn)。太陽能作為世界上最清潔的可再生能源，可以被收集起來，然后將光能轉(zhuǎn)換成其他形式的能源加以利用，其中將光能轉(zhuǎn)換成熱能的形式最廣泛使用的是，其技術(shù)相對成熟，太陽能收集器是將光能轉(zhuǎn)換成熱能的最佳例子。太陽能集熱器的核心部件是吸熱板。吸熱器的主要功能是將吸收的太陽光轉(zhuǎn)化為熱能，并將熱能以熱傳導(dǎo)的形式傳遞給工作介質(zhì)，因此吸熱板材料通常由導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬材料制成。金屬材料對太陽光具有很強(qiáng)的反射率。為了吸收更多的太陽光，人們經(jīng)常在吸熱板上涂覆選擇性太陽能吸收涂層，以提高太陽能的利用率。研究太陽能選擇性吸熱涂層及其熱性能分析在集熱器應(yīng)用中具有重要價值。第1章選擇性吸收涂層的研究進(jìn)展20世紀(jì)80年代以來，我國加快了太陽能吸熱材料的研究。清華大學(xué)和北京太陽能研究所已經(jīng)研制出一系列優(yōu)良的選擇性涂層材料。制備的黑色鈷選擇性吸收涂層光譜選擇性好，適用于工作溫度較高的真空集熱管。制備的全玻璃真空管鋁氮鋁太陽光譜選擇性吸收涂層也具有良好的性能參數(shù)。近年來，制備技術(shù)主要是基于電化學(xué)和磁控濺射的方法。所開發(fā)的選擇性吸收涂層材料也在向多層和梯度方向發(fā)展。例如，選擇性氮化鋁涂層是新一代吸熱涂層的代表。從目前的水平來看，光熱轉(zhuǎn)換材料的性能可以得到進(jìn)一步的提高，這就要求人們不僅要探索新材料和新工藝，而且要在鍍膜玻璃板表面制造物品。例如，德國一家研究院利用全息技術(shù)在平面罩面上進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)處理，提高了太陽光的透過率，降低了太陽能的反射損耗，從而進(jìn)一步提高了太陽能熱利用效率。事實(shí)上，太陽能熱轉(zhuǎn)換是世界上最受歡迎和最重要的太陽能利用形式之一。中國已成為世界上生產(chǎn)太陽能熱水器最多的國家。同時還擁有世界上最大的太陽能熱水器市場。預(yù)測太陽能熱水器將是太陽能利用的一種不可替代的形式。目前，我國正在大力推進(jìn)節(jié)能減排，如何實(shí)現(xiàn)太陽能熱水器與建筑的一體化是目前最受關(guān)注的問題，平板太陽能熱水器和建筑一體化的優(yōu)勢將受到重視。第2章選擇性吸收涂層的分類1955年Tabor首先在1955提出的太陽能選擇性吸收涂層的概念，太陽能選擇性吸收涂層需要紫外-可見-近紅外光譜的波具有較低的反射率，波的遠(yuǎn)紅外光譜具有較高的反射率，即在太陽能聚集的光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)更大的吸收，同時減少吸收波長的發(fā)射。理想的太陽能選擇性吸收涂層具有可見近紅外光譜區(qū)的零反射率和遠(yuǎn)紅外光譜區(qū)的一個反射率，即選擇性涂層100%吸收可見可見近紅外光譜區(qū)內(nèi)的太陽輻射能量。2.1收型涂層這種涂層是由半導(dǎo)體材料或是過度金屬構(gòu)成。半導(dǎo)體和過渡金屬有一個禁帶寬度Eg，它與截止波長λ的關(guān)系如下：λ(μm)=1.24/Eg(ev)(1-1)小于截止波長的太陽電磁波可以激發(fā)半導(dǎo)體和過渡金屬價帶電子躍遷到導(dǎo)帶，引起電子與晶格粒子碰撞，使光能轉(zhuǎn)化為熱能，大于截止波長的太陽電磁波能量不足以使價帶電子能級躍遷，這些電磁波不會被材料吸收因此，對應(yīng)于半導(dǎo)體和具有選擇性吸收特性的過渡金屬的禁帶寬度的截止波長應(yīng)當(dāng)在太陽輻射能量集中的波長范圍內(nèi)，即0.3~2.5μm范圍內(nèi)。按照公式（1-1）計(jì)算可以得出，只有半導(dǎo)體的禁帶寬度在0.5ev~1.26ev，對應(yīng)的截止波長在1.0μm~2.5μm范圍內(nèi)才能作為選擇性吸收涂層的材料。黑鉻、黑鎳、氧化銅、氧化鐵黑是本征吸收型涂料。如果帶隙與光子能量不匹配，即帶隙變小或變大，則可以通過摻雜改變帶隙。等效介質(zhì)理論是基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的摻雜。當(dāng)電介質(zhì)與納米金屬結(jié)合時，我們可以認(rèn)為這種材料是均勻的材料。如果材料的寬度與光子的能量不匹配，即帶隙的寬度更小或更大。通過摻雜可以改變半導(dǎo)體的禁帶寬度。等效介質(zhì)理論旨在摻雜大禁帶寬度的半導(dǎo)體材料。當(dāng)電介質(zhì)與納米級金屬結(jié)合時，它可以被認(rèn)為是均勻的材料。2.2吸收涂層該涂層由非吸收介質(zhì)膜和吸收復(fù)合膜和金屬基材組成。它的工作原理是光的干涉原理。涂層表面層狀結(jié)構(gòu)界面上的反射光和投射光相互干擾，促進(jìn)了涂層在短波譜范圍內(nèi)的吸收，降低了涂層在長波光譜范圍內(nèi)的發(fā)射。薄膜層數(shù)越多，涂層的吸收率越高，但發(fā)射率也隨著增加而增加。為了獲得最佳的吸收狀態(tài)，控制各層的厚度是一個關(guān)鍵因素。干涉吸收涂層不適用于高溫應(yīng)用涂膜與膜之間的顆粒會由于高溫擴(kuò)散而干擾反射光與投射光在層狀結(jié)構(gòu)界面處的干涉，從而無法達(dá)到選擇性吸收的效果。目前，干涉型吸收涂層有Al2O3/Mo/Al2O3多層干涉選擇性吸收涂層。2.3電介質(zhì)復(fù)合吸收涂層這種涂層是一種金屬陶瓷復(fù)合涂層，它將過量的金屬顆粒加入高紅光的外部反射襯底（例如氧化物、氮化物等）。金屬陶瓷復(fù)合涂層的光學(xué)性能受涂層厚度、金屬顆粒體積分?jǐn)?shù)和金屬顆粒尺寸的影響。金屬介電復(fù)合吸收涂層通過過渡金屬粒子能級躍遷和過渡金屬粒子的共振作用實(shí)現(xiàn)對太陽光的選擇性吸收。過渡金屬粒子的能級躍遷類似于半導(dǎo)體對光的吸收，符合太陽紫外-可見近紅外光譜中光子的能級。摻雜過渡金屬需要有理想的消光系數(shù)，過渡金屬如銅、鉻、鉬、鎳、鎢、等實(shí)際使用的介質(zhì)中，摻雜過渡金屬需要在遠(yuǎn)紅外光譜區(qū)具有較高的介質(zhì)中反射，如氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、氮化鋁的實(shí)際使用，等等。目前，運(yùn)用較為廣泛的金屬-電介質(zhì)復(fù)合涂層有Cr-Cr2O3、Ni-Al2O3、Co-Al2O3等。2.4性吸收涂層表面多孔吸收涂層與微孔表面對不同波長光譜具有不同的反射效果。控制涂層表面的形貌和結(jié)構(gòu)，并使蜂窩狀、枝狀和“V”形溝槽的微表面[24]。粗糙表面的尺寸接近可見光譜的峰值，從而捕獲太陽輻射。對于太陽光的短波輻射，微孔的粗糙表面可以充分吸收，對于太陽光的長波輻射，微孔的粗糙表面類似于鏡面，反射長波輻射。表面粗糙度的方法是機(jī)械粗糙化、開槽、濺射和蒸發(fā)半導(dǎo)體。2.5黑型涂層涂層對太陽能的吸收不僅取決于物體的顏色，還取決于表面狀況。它影響物體的吸收和反射特性。無論是什么顏色，光滑表面的反射率比粗糙表面的反射率高幾倍。為了增加物體的吸收的效率，可以在表面上涂覆一層黑色染料，例如油和煙灰。第3太陽能選擇性吸收涂層的制備方法多種多樣每種方法都有自己的特點(diǎn)。涂層的性能不僅與材料本身的組成有關(guān)，而且與制備方法密切相關(guān)。不同工藝制備的太陽能選擇性吸收涂層的結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能和力學(xué)性能不同。太陽能選擇性涂層的制備方法主要有涂層法、溶膠-凝膠法、電化學(xué)沉積法、氣相沉積法和熱噴涂法。介紹了以下方法:3.1涂料由顏料和粘接劑組成太陽能選擇性涂層顏料應(yīng)滿足可見光譜區(qū)為黑色、紅外光譜區(qū)為透明的要求，可以使用氧化銅、硫化鉛、氧化鐵、二氧化錳等一種用作太陽能選擇性吸收涂層的顏料。粘合劑分為無機(jī)粘合劑和有機(jī)粘合劑。無機(jī)膠粘劑有硅酸鹽、磷酸鹽等物質(zhì)，有機(jī)膠粘劑是多種高分子材料，一般采用樹脂。無機(jī)粘合劑由于其比有機(jī)粘合劑更低的耐溫性、耐候性和摩擦性而沒有被廣泛使用。目前，涂裝工藝一般采用有機(jī)硅樹脂、聚四氟乙烯樹脂、橡膠等耐高溫工程樹脂。涂覆過程易于操作，涂層厚度易于控制。它已得到公眾的認(rèn)可。1993年武漢雙湖涂料公司李麗靜研制出幾種太陽能選擇性涂料。太陽能涂料商業(yè)推廣用硫化鉛/聚丙烯酸樹脂涂料、氧化銅/聚丙烯酸樹脂涂料、黑色瀝青涂料等.3.2凝膠法將處理后的基底沉積在制備的溶膠中，得到所需的涂層。溶膠-凝膠法是利用金屬醇鹽(或金屬無機(jī)鹽)在添加劑的作用下水解縮合生成納米級顆粒，顆粒形成團(tuán)簇形成溶膠。將基底浸入溶膠中沉積，一段時間后勻速拔出，溶膠中的溶劑迅速蒸發(fā)形成凝膠狀態(tài)，最后干燥燒結(jié)，使凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀冃枰耐繉尤苣z-凝膠法制備的涂層，具有組分均勻、組分易控制、周期短等優(yōu)點(diǎn)。萊昂·卡盧·勒扎等人。采用溶膠-凝膠法制備了黑色銅-鐵-錳復(fù)合氧化物涂層，涂層性能良好。3.3沉積法采用電化學(xué)沉積法制備了選擇性吸收涂層，分為電沉積膜和電化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。電解液中含有重金屬離子，會對環(huán)境造成一定的污染。電沉積薄膜：陰極還原制備鍍層。電鍍黑鎳和黑鉻是最典型的電沉積薄膜。電鍍黑鎳具有電流密度小、效率高、分散性好等特點(diǎn)，但電沉積膜耐高溫、耐候性較差。1994、koltunm和其他黑鎳涂層的制備具有高吸收率、低發(fā)射率從硫酸鋅電解液。1990、visitserngtrakul等人。采用電鍍法制備鉻鍍層，吸收率為97%，發(fā)射率為9.2。然而，電鍍鉻黑需要在高電流高密度下進(jìn)行，溶液的導(dǎo)電性很弱，在操作過程中產(chǎn)生大量的熱量，需要長時間冷卻才能繼續(xù)生產(chǎn)。電化學(xué)轉(zhuǎn)化膜：通過陽極氧化將電化學(xué)轉(zhuǎn)化膜制備成涂層。陽極氧化鋁膜是典型的電化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。鋁陽極氧化膜是無色透明的多孔膜。魯薩等人。采用電化學(xué)轉(zhuǎn)化法制備鋁陽極氧化鎳。在制備過程中摻入二氧化硅以提高涂層的耐溫性、耐候性和耐磨性。3.4沉積法氣相沉積法包括物理氣相沉積法（物理氣相沉積，簡稱PVD法）、化學(xué)氣相沉積法（化學(xué)氣相沉積，簡稱CVD）以及物理化學(xué)沉積法[39]物理氣相沉積法制備涂層的技術(shù)有真空蒸發(fā)、濺射鍍膜和離子鍍膜等。這些操作技術(shù)需要一定的真空環(huán)境下進(jìn)行的。1982年清華大學(xué)采用磁控濺射技術(shù)制備出了Al-N/Al選擇性吸收涂層，這種涂層已經(jīng)得到了應(yīng)用?；瘜W(xué)氣相沉積法是氣化化合物，通過化學(xué)反應(yīng)（熱分解或是化學(xué)合成反應(yīng)）將其沉積在基材上。W·沃克斯Al2O3由BergHaus等人編寫的W（CO）6熱分解制備Al（C3H7o）3?；瘜W(xué)氣相沉積。物理化學(xué)氣相沉積法結(jié)合物理氣相沉積法和化學(xué)氣相沉積法，利用等離子體的高活性使化學(xué)反應(yīng)在低溫下發(fā)生氣相沉積法的工業(yè)成本高，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生有害氣體和金屬氣體顆粒。3.5噴涂法熱噴涂方法是用噴槍嘴高溫高速火焰噴涂材料加熱需要，當(dāng)噴涂材料在熔融狀態(tài)或半熔融狀態(tài)，在氣流的作用使其霧化到基板高速噴涂表面，如霧化顆粒沉積在平坦的基板，然后快速冷卻形成我們所需要的涂層。熱噴涂工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高，在選擇吸收涂層生產(chǎn)中應(yīng)用較少。國外C.P.Butler等人利用等離子熱噴涂法幾種選擇性吸收涂層，包括Co-WC涂層、黒鉻涂層、Mo-W涂層。第4章平板集熱器選擇涂層的未來發(fā)展方向一般說來，不透明材料有三種類型:第一種是以吸收板為代表的選擇性表面黑體，它對于太陽光的吸收率和發(fā)射率相等；二是選擇性吸收涂層，具有較高的太陽吸收率和紅外發(fā)射率；第三是選擇性放熱涂層。它能有效地吸收太陽能，加熱后的熱量損失很小。太陽選擇性涂層的吸收光譜和發(fā)射光譜，可以大大提高太陽集熱器的熱效率，太陽輻射能量的利用效率主要分布在0.25~3im光譜的波長范圍內(nèi)，太陽輻射能量主要分布在可見光和近紅外區(qū)域，而被加熱的黑體輻射能量主要分布在2~100μm光譜的波長范圍內(nèi)，主要分布在遠(yuǎn)紅外區(qū)域。為了充分利用太陽能，設(shè)計(jì)了一種選擇性吸收的太陽能涂層材料。此材料必須滿足以下2個條件。第一個條件：太陽光譜內(nèi)的吸光程度高，即有盡可能高的吸收率。第二個條件：在輻射波長范圍內(nèi)存在盡可能低的輻射損耗，即盡可能低的發(fā)射率。吸收涂層在太陽光波峰值0.5μM左右產(chǎn)生強(qiáng)吸收，并在紅外波段自由透射，利用底層的高紅外反射特性形成選擇性涂層。從室內(nèi)隔熱涂料到太陽鏡的防回涂，這些技術(shù)將提高集熱器的效率，近5年來許多納米技術(shù)的研究成果，涂層技術(shù)將得到更大的發(fā)展。理想的涂料不僅具有良好的光學(xué)選擇性，而且還應(yīng)具備光學(xué)性能長期穩(wěn)定、耐候性強(qiáng)、價格低廉、涂層成型工藝簡單、材料供應(yīng)充足、對環(huán)境無污染等條件。傳統(tǒng)的涂層不能滿足所有這些條件。這些問題主要集中在光學(xué)性能、成本和制造工藝上。預(yù)計(jì)未來涂料的發(fā)展方向主要包括以下幾個方面：（1）具有高吸收率的涂層，耐腐蝕性和良好的力學(xué)性能；（2）經(jīng)濟(jì)具有成本低、效果好的涂料和實(shí)踐；（3）涂料生產(chǎn)工藝簡單，便于大規(guī)模生產(chǎn)與推廣。總結(jié)綜述了國內(nèi)外太陽能熱水器的發(fā)展現(xiàn)狀。研究了平板式太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)。綜述了捕收劑涂料的種類、制備方法及發(fā)展現(xiàn)狀。分析了整個涂料行業(yè)存在的問題和發(fā)展瓶頸。展望了未來捕收劑涂料的發(fā)展方向最后，總結(jié)了不同廠家產(chǎn)品涂層性能檢測和耐鹽霧性的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。通過比較分析，可以看出，高性能涂料和涂料將是未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)，他