中高温太阳能吸收涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中高温太阳能吸收涂层，为制备于不锈钢基体上的多层结构涂层，即由高红外反射层、吸收层及减反层构成。高红外反射层以SiO2溶胶与金属铝为原料制备而成。吸收层以SiO2溶胶与CoCu1.5Mn1.5O4粉末为原料制备而成。减反层由SiO2层组成或由内层为SiO2、外层为Al2O3的复合层组成。还提供了一种该涂层的制备方法，包括如下步骤：a.将SiO2溶胶与Al粉混合，涂覆于不锈钢基底上；b.将SiO2溶胶与高选择性CoCu1.5Mn1.5O4粉末混合，涂覆于高红外反射层上；c.在吸收层上涂覆SiO2层或内层SiO2外层Al2O3复合层；d.将涂层进行退火处理。

【技术实现步骤摘要】
中高温太阳能吸收涂层及其制备方法
本专利技术涉及一种太阳能吸收涂层，尤其涉及一种中高温太阳能吸收涂层。还涉及一种该涂层的制备方法。
技术介绍
太阳能作为一种丰富的可再生能源，以独具的储量无限性，存在的普遍性，开发利用的清洁性，使其成为了各国竞相研究的热点。光热转换技术是人类利用太阳能的重要方式之一。作为热发电太阳能集热(CSP)系统的关键组件，太阳能选择性吸收涂层(SSACs)的性质将直接影响能量转换效率。太阳能光谱选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，即它能有效地吸收太阳能，而受热后自身长波造成的热损失很小，广泛应用于太阳能光热转换领域，如太阳能热水器、太阳能发电等。太阳能吸收涂层在自然环境中使用，受环境中温度、湿度、酸碱性等因素影响，使用条件较极端，一般需综合考虑涂层的吸收性能、耐候性能、生产、施工及维护成本等。现有的太阳能选择性吸收涂层制备方法技术主要有:涂料法、电化学法、离子镀、磁控溅射技术、热喷涂技术、化学法、气相沉积法等。精密的磁控溅射或离子镀技术等成本高，不适用于高温环境；热喷涂技术容易受到生产环境及设备因素的影响；电化学法，电镀法等生产过程中容易产生环境污染。将高选择性吸收颜料分散于无机或有机粘结剂中形成涂料，再进行刷涂或喷涂形成涂层，实验条件要求低，运输便利，操作简单，实施方便，便于实现大规模化生产。具有光谱选择性吸收特性的原料，必须是一种复合材料，即由吸收太阳光辐射和反射红外光谱两部分组成。吸收辐射的实质，是物质粒子发生由低能级(一般为基态)向高能级(激发态)的跃迁。在太阳光谱区，波长在0.3-2.5μm的太阳辐射强度最大，对该光谱区的光量子吸收是关键，因此，涂层材料中只有存在与波长0.3-2.5μm光子的能量相对应的能级跃迁，才具有较好的选择吸收性。太阳能选择性吸收光谱涂层中所用的原料大部分是利用不同种类的元素进行复合，来吸收太阳光中能量集中分布的可见和近红外光的能量。在复合的金属氧化物中，不同的组分吸收不同波段的光谱，集中以后达到全部吸收的目的。自然界中不存在完美的选择性吸收材料。所以，现有技术的单一结构涂层无法获得最佳的使用性能和转化效率，难以满足实际应用需求。因此，如何才能制备出一种能在中高温大气环境下使用的选择性吸收涂层，是本领域迫切需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能在中高温大气环境下使用的太阳能选择性吸收涂层，以克服现有技术的缺陷。还提供一种该涂层的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的中高温太阳能吸收涂层，所述涂层为制备于不锈钢基体上的多层结构涂层，即由高红外反射层、吸收层及减反层构成。所述高红外反射层以SiO2溶胶作为无机粘结剂、以金属铝作为原料制备而成。所述吸收层以SiO2溶胶作为无机粘结剂、以高选择性CoCu1.5Mn1.5O4粉末为原料制备而成。所述减反层由SiO2层组成或由内层为SiO2层、外层为Al2O3层的复合层组成。本专利技术提供的一种中高温太阳能吸收涂层的制备方法，包括如下步骤：a.制备高红外反射层制备，将SiO2溶胶与Al粉混合，SiO2溶胶与Al粉的重量比为1:2-1:3，涂覆于不锈钢基底上，干燥；b.制备吸收层，将SiO2溶胶与高选择性CoCu1.5Mn1.5O4粉末混合，SiO2溶胶与CoCu1.5Mn1.5O4的重量比为1:1-1:2，涂覆于制备好的高红外反射层上，干燥；c.制备减反层，在吸收层上涂覆SiO2层或内层SiO2外层Al2O3复合层，将所得涂层干燥；d.将涂层进行退火处理，即可。所述高选择性CoCu1.5Mn1.5O4粉末的制备是将原料粉CuO、Co2O3、MnO2进行球磨混合，将混合粉末置于马弗炉中进行焙烧，煅烧温度1000-1400℃时间2h，得到CoCu1.5Mn1.5O4粉末。所述SiO2溶胶的制备是先分别配置A液：将0.1molTEOS与3.6mol无水乙醇混合室温下搅拌30min；B液：0.07mol氨水、0.2mol去离子水以及0.1mol无水乙醇混合搅拌30min；然后在30℃恒温水浴下，将B液逐滴加入A液中，搅拌反应4h，室温下陈化5-7天得到SiO2溶胶。所述Al2O3溶胶的制备是在80℃去离子水中缓慢加入异丙醇铝，异丙醇铝和去离子水的摩尔比为1:400，高速搅拌3-4h使其充分水解，调pH值为3-4，静置形成氧化铝溶胶。所述b步骤，先将消泡剂、流平剂、润湿分散剂、防沉剂、硅烷偶联剂等助剂加入容器中搅匀，再向其中加入SiO2溶胶，搅匀，再加入CoCu1.5Mn1.5O4原料，再放入到锥体磨中在200-300r/min的转速下搅拌4h，搅拌将细度分散至10-20μm，用100-200目丝网进行过筛，得吸收层涂料。所述润湿分散剂为904s、OP-10、聚山梨酯-80中的一种或多种；润湿分散剂为吸收层涂料重量的2-3％；消泡剂、流平剂、防沉剂，硅烷偶联剂为吸收层涂料重量的2％。本专利技术的中高温太阳能吸收涂层，由多层结构组成，从里而外为：抛光不锈钢基底，高红外反射层、吸收层以及减反层。其中高红外反射层和吸收层采用涂料法制备而成，以SiO2溶胶作为无机粘结剂，高红外反射层以金属铝或铜作为原料，吸收层以高选择性CoCu1.5Mn1.5O4粉末为原料；所述的减反层由SiO2层组成，或由内层为SiO2层，外层为Al2O3层的复合层组成，其中SiO2层和Al2O3层由溶胶-凝胶法制备。本专利技术的技术贡献和技术效果如下：(1)本专利技术使用无机粘结剂SiO2溶胶，区别于传统涂料使用的有机粘结剂，提高了涂层的耐高温、耐老化、耐水性以及机械强度。(2)以金属Al粉为颜料制备高红外反射层，可形成多层次排列、不同方向的“微镜”，阻止了基底受热后的长波辐射，提高系统的选择吸收性能。(3)吸收层中加入了铜钴锰氧尖晶石颜料作为吸收剂，有合适的禁带宽度和高的本征吸收。同时其3d轨道在晶体场作用下，分裂成不同能量的能级，对可见光有较大的吸收，因此该涂料光热效率显著。且高温下Co、Cu、Mn热处理过程中形成尖晶石结构，在高温下成分不会变化，具有优良的热稳定性。(4)从基底到减反层，SiO2的含量逐渐增加，SiO2的折射率相对较低，这使得整个多层结构在Si元素的渐变性下取得较好的折射率渐变性，这对整个多层结构涂层的光谱选择性能有很大的提升。(5)整个涂层系统在SiO2溶胶的作用下具有良好的结合性，在提高光谱选择性的同时增强了耐热性能。本专利技术的涂层和方法，完全克服了现有技术的缺陷，制备出的中高温大气环境下使用的太阳能选择性吸收涂层使用性能优良，转化效率高。具体实施方式下面对本专利技术作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。实施例1本专利技术的中高温太阳能吸收涂层为制备于不锈钢基体上的多层结构涂层，即由高红外反射层、吸收层及减反层构成。高红外反射层以SiO2溶胶作为无机粘结剂、以金属铝作为原料制备而成。吸收层以SiO2溶胶作为无机粘结剂、以高选择性CoCu1.5Mn1.5O4粉末为原料制备而成。减反层由内层为SiO2层、外层为Al2O3层的复合层组成。制备方法如下：a.制备高红外反射层制备，将16.7gSiO2溶胶与33.3gAl粉混合，涂覆于不锈钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中高温太阳能吸收涂层，其特征在于：所述涂层为制备于不锈钢基体上的多层结构涂层，即由高红外反射层、吸收层及减反层构成。

【技术特征摘要】
1.一种中高温太阳能吸收涂层，其特征在于：所述涂层为制备于不锈钢基体上的多层结构涂层，即由高红外反射层、吸收层及减反层构成。2.根据权利要求1所述涂层，其特征在于：所述高红外反射层以SiO2溶胶作为无机粘结剂、以金属铝作为原料制备而成。3.根据权利要求1或2所述涂层，其特征在于：所述吸收层以SiO2溶胶作为无机粘结剂、以高选择性CoCu1.5Mn1.5O4粉末为原料制备而成。4.根据权利要求3所述涂层，其特征在于：所述减反层由SiO2层组成或由内层为SiO2层、外层为Al2O3层的复合层组成。5.一种中高温太阳能吸收涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：a.制备高红外反射层制备，将SiO2溶胶与Al粉混合，SiO2溶胶与Al粉的重量比为1:2-1:3，涂覆于不锈钢基底上，干燥；b.制备吸收层，将SiO2溶胶与高选择性CoCu1.5Mn1.5O4粉末混合，SiO2溶胶与CoCu1.5Mn1.5O4的重量比为1:1-1:2，涂覆于制备好的高红外反射层上，干燥；c.制备减反层，在吸收层上涂覆SiO2层或内层SiO2外层Al2O3复合层，将所得涂层干燥；d.将涂层进行退火处理，即可。6.根据权利要求5所述方法，其特征在于：所述高选择性CoCu1.5Mn1.5O4粉末的制备是将原料粉CuO、Co2O3、MnO2进行球磨混合，将混合粉末置于马弗炉中进行焙烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：单张飞，
申请(专利权)人：郴州市泰益表面涂层技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43