本实用新型专利技术涉及一种新型耐候性平板集热器的选择性吸收涂层，结构为：铜衬底/缓冲层/镍-铬-氧复合金属薄膜（1）/镍-铬-氧复合金属薄膜（2）/非晶硅氧氮减反膜的耐候性平板集热器选择性吸收涂层，通过加入缓冲层能有效提高薄膜的附着力、抑制因热膨胀系数不同在冷热过程中的薄膜龟裂及脱落；通过加入减反层，能有效改善选择性吸收涂层的抗腐蚀能力和耐候性，同时改善其热效率和耐候性能。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种新型耐候性平板集热器的选择性吸收涂层，属于高效太阳能热利用领域。
技术介绍
国外平板集热器密封性能良好，板芯和盖板间采用真空或氮气保护，其吸收涂层性能衰减慢，使用寿命长。为了节约成本，降低造价，国内平板集热器的密闭性都比较差，择性吸收涂层几乎是直接暴露在空气中，因此，投入市场的某些产品在使用过程中出现了一些问题，比如涂层老化褪色，严重的甚至出现整个吸收涂层脱落的情况。其原因主要有两方面:(1)金属基底与涂层热膨胀系数差异大，造成涂层易脱落；(2)涂层表面的减反射层材料容易吸附空气中的水(AlN微溶于水)、氧气、二氧化碳甚至二氧化硫等气体，造成涂层被酸碱等腐蚀气体破坏的情况。这些都将严重影响平板集热器的热转换效率及其使用寿命。因此，开发新的材料体系和新型涂层结构，研宄制备热转换效率高，性能稳定，耐候性能良好的选择性吸收涂层，为国内平板集热器的长远发展提供技术支持，是当前研宄的重要方向，也是本专利技术的目的。金属-电介质复合型涂层是一种金属小颗粒嵌入氧化物电介质中形成的涂层。通过控制氧化物电介质和金属粒子的种类，调节膜系中金属粒子的大小、含量和分布情况，可制备出性能优异的光谱选择性吸收涂层，因而，此类涂层在光热领域获得了广泛运用。选择性黑铬、黑镍涂层从问世到现在，经受了二十多年的实践检验，不仅具有优良的光学性能，而且其耐热、耐湿、耐腐蚀等耐候性能也十分优异。近年来，运用真空镀膜的方法制备镍铬的金属-电介质型选择性吸收涂层受到人们的关注。中国科学院上海娃酸盐研宄所的曹韫真、胡行方教授等在“Reactive sputteringNiCrOx thin film process and its optical constants.Journal of inorganiicmaterials, 2000，15 (02): 304-308 (in Chinese) ” 中采用磁控反应派射法制备 N1-Cr 选择性吸收薄膜，得到了吸收率a=0.93，发射率ε =0.063的选择性吸收涂层；中国科学院广州能源研宄所沈辉教授等在“Study on N1-Cr System Solar Selective Thin FilmsPrepared by Magnetron Reactive Sputtering Process.Acta.Metallurgica Sinica(English Letters) (China).2002, 15(02): 203~206.” 中用磁控溅射的方法制备了具有装饰效果的N1-Cr系选择性吸收涂层，吸收率为0.90?0.94，发射率为0.08?0.16，N1-Cr系金属-电介质复合型涂层具有如下特性:首先，镍铬材料本身价格不高，如果采用磁控溅射技术实现大规模连续生产可达到进一步降低成本的目的；其次，镍铬系材料制备出的涂层光热转化效率高；此外，N1-Cr系金属-电介质复合型涂层的耐候性能良好，使用寿命长。因此，本文选择了 N1-Cr系作为实验的材料体系，尝试通过镍铬在氩氧混合气氛中共溅射的方法制备高效耐用的光热转换涂层，专利技术一种太阳能平板集热器吸收膜(公布号:CN 103148621 A)中膜系结构为:衬底/金属反射层/质层/金属吸收层/质层/空气的膜系结构使得吸收膜在可见区吸收和近红外反射的前提下具有较高的吸收率，且具有较低的发射率，通过较宽的红外反射设计使太阳能平板集热器发射率大幅下降，能有效提高吸热深度。但目前国内平板集热器涂层依然存在严重的耐候性差的问题。
技术实现思路
针对目前平板集热器吸收涂层耐候性差的问题，本专利提出一种新型耐候性平板集热器的选择性吸收涂层，采用结构为:衬底/缓冲层/吸收层(I) /吸收层(2) /减反膜的耐候性平板集热器选择性吸收涂层。其中:衬底层具体为:采用高红外反射紫铜作为衬底，厚度为0.2?0.5_，主要作用是反射红外光谱，降低整个涂层的热发射率。缓冲层具体为:与衬底和吸收层晶格、热膨胀系数匹配良好的金属薄膜，并具备良好的导热性能、与衬底和吸收层的附着力良好的铜、镍、铬等金属混合薄膜。吸收层具体为:镍-铬-氧复合金属薄膜，其中镍-铬-氧复合金属复合薄膜(I)中金属含量比镍-铬-氧复合金属复合薄膜(2)中高。减反膜具体为:与吸收层的热膨胀系数匹配良好，在可见光区域的透过率大的非晶硅氧氮U-S1xNy)减反膜，具备良好的耐酸碱、耐盐雾特性等。本技术按以下步骤实施A)利用三靶磁控溅射镀膜系统，将溅射系统的本底真空抽至6.0X10_4~4.0X10_4pa ；B)利用抛光紫铜片为衬底，并经铜片清洗液清洗，在利用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗10~15min后再用N2吹干；C)用纯度为99.999%的Ar为溅射气体和纯度为99.999%的O2为反应气体，流量为30~80sccm，采用纯度为99.999%的Cu、Ni和Cr靶为靶材，工作气压为1.0-1.5pa，先在衬底上溅射制备一层Cu、Ni和Cr混合金属膜作为缓冲层，其中各金属含量可以通过各自的溅射功率比来调节，再开启N1、Cr溅射靶，同属02在缓冲层上共溅射制备吸收层I和吸收层2 ；D)采用纯度为99.999%的Si3N4和S1 2陶瓷靶为靶材，共溅射法在吸收层2上溅射制备a-S1xNy减反层，可以通过调节Si 3N4和S1 2的溅射功率比来调节a-S1 xNy中O和N的含量，进而调节减反膜的热膨胀系数、光学系数、折射率等与吸收层相匹配。本技术与公知技术相比具有的优点及积极效果通过加入缓冲层能有效提高薄膜的附着力、抑制因热膨胀系数不同在冷热过程中的薄膜龟裂及脱落；通过加入减反层，能有效改善选择性吸收涂层的抗腐蚀能力和耐候性；所有膜层可连续制备、易于实现规模化生产，并同时改善其热效率和耐候性能。【附图说明】图1为本技术提出的一种新型耐候性平板集热器的选择性吸收涂层结构图。1、镍-铬-氧复合金属薄膜；2、镍-铬-氧复合金属薄膜；3、缓冲层；4、衬底；5、减反膜图2为本技术提出的一种新型耐候性平板集热器的选择性吸收涂层的制备流程图。图3为本技术提出的一种新型耐候性平板集热器的选择性吸收涂层与蓝膜的盐雾实验对比图。a、N1-Cr-氧化物复合涂层；b、蓝膜涂层图4为本技术提出的一种新型耐候性平板集热器的选择性吸收涂层的光学常数图。【具体实施方式】实施例本实施例按以下步骤采用JCP-450磁控溅射系统，在抛光铜衬底上常温制备耐候性选择性吸收涂层结构，采用高纯Ni靶、Cr靶、Cu靶、S12靶、Si 3N4靶(纯度均为99.999%)，铜片衬底规格为3X3cm2,经铜片清洗液擦洗和丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗15~20分钟，用N2将铜片吹干；衬底固定于磁控派射腔室的基片台，派射时，铜片随基片台以60 rpm勾速转动，溅射系统的本底真空度为5 X 10_4 Pa，溅射气体是纯度为99.999%的氩气，反应气体是纯度为99.999%的高纯氧气，以压强为1.0-1.5pa，衬底温度:350°C，在衬底上溅射制备一层Cu、N1、Cr混合金属膜作为缓冲层，其中，Cu溅射功率为:74~120W，Ni溅射功率:40~70W，Cr溅射功率为:35~50W ；在缓冲膜本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型耐候性平板集热器的选择性吸收涂层，其特征包括：采用0.2～0.5mm的高红外反射紫铜作为衬底，在衬底上共溅射制作铜‑镍‑铬混合金属薄膜作为缓冲层，在缓冲层上依次设置镍‑铬‑氧复合金属薄膜（1）和镍‑铬‑氧复合金属薄膜（2），上述复合金属薄膜作为吸收层，其中镍‑铬‑氧复合金属薄膜（1）中的金属含量需要比镍‑铬‑氧复合金属薄膜（2）中高，在镍‑铬‑氧复合金属薄膜（2）上设置非晶氮氧硅薄膜作为减反膜。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨雯，段良飞，邓双，杨培志，
申请(专利权)人：云南师范大学，
类型：新型
国别省市：云南;53
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