一种纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料及其制备方法，涂层材料由包括以下重量份含量的组分制备而成：有机硅树脂40‑50份、固化剂2‑7份、吸收剂11‑12份、吸收增强剂2‑4份、助剂33‑45份、金属陶瓷材料13‑17份及导热材料7‑13份，吸收剂为掺杂改性纳米二氧化钛；制备时，依次经恒温加压反应、回流反应及减压蒸馏反应即可。与现有技术相比，本发明专利技术采用掺杂改性纳米二氧化钛作为吸收剂，与吸收增强剂相配合，使涂层材料具有优异的太阳能吸收性能，并采用具有光催化迁移性能的金属陶瓷材料及导热材料，不仅能够增大太阳能吸收范围，同时也能增强涂层材料的导热性能，使涂层材料具有较高的使用寿命，且反应工艺条件温和，生产成本低，易于进行工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料及其制备方法
本专利技术属于太阳能热利用
，涉及一种纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料及其制备方法。
技术介绍
太阳能热利用是太阳能利用的一种重要形式，是指用太阳能集热器将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用的过程。随着能源短缺的问题日益严重，国家对节能减排措施的投入越来越大，使得人们对太阳能热利用的研究越来越广泛和深入，太阳能热利用将会有更加广阔的发展前景。太阳能吸热涂层是太阳光吸收体系中用于吸收光能的核心功能部分，通常用于太阳能集热元件或太阳能选择性吸收涂层体系中。良好的吸热效率是太阳能吸热涂层的基本要求。目前，市面上普遍采用的是在平板集热器的吸热板芯上喷涂黑色有机涂层，如黑色氟碳树脂、黑色环氧树脂、黑色聚氨酯树脂等，由于此类涂层采用普通树脂材料作为粘合剂，并以普通碳黑或者黑色颜料作为发色体，因此存在以下问题：1.涂层不耐候，容易过早粉化和退色；2.无光谱选择性，使得其涂层发射率很高，造成太阳能平板集热器的热效率较低。此外，现有的太阳能吸热涂层材料制备时，多选择铝作为溅射阴极，与氮气进行反应生成渐变膜形式的薄膜，这种薄膜仅适合在低温真空环境下使用，而抗烘烤性差；采用干涉膜制备的薄膜抗烘烤性优于渐变膜制备的薄膜，但制备时要求对各层的光学常数、厚度等进行精确控制，因而制备工艺复杂且原材料价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种吸热性能好且易于制备的纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料及其制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料，该涂层材料由包括以下重量份含量的组分制备而成：有机硅树脂40-50份、固化剂2-7份、吸收剂11-12份、吸收增强剂2-4份、助剂33-45份、金属陶瓷材料13-17份及导热材料7-13份，所述的吸收剂为掺杂改性纳米二氧化钛。作为优选的技术方案，该涂层材料包括以下组分及重量份含量：有机硅树脂42-48份、固化剂4-5份、吸收剂11-12份、吸收增强剂2-4份、助剂35-40份、金属陶瓷材料14-16份及导热材料9-11份。所述的有机硅树脂包括环氧改性有机硅树脂、聚酯改性有机硅树脂或高光有机硅树脂中的一种或多种。有机硅树脂属于热固性材料，具有优异的热氧化稳定性和电绝缘性能，并在耐候性与防水性能方面具有突出优势；另外，当发生热氧化时，有机硅树脂进一步缩聚，形成高度交联的立体网络结构，耐候性会得到进一步提高。所述的固化剂包括间苯二甲胺、二乙胺或二氨基二苯基甲烷中的一种或多种。所述的掺杂改性纳米二氧化钛为掺杂二氧化硅和碳酸钙的纳米二氧化钛。二氧化钛对太阳光具有良好的吸收效果，但其吸收范围较窄，通过二氧化硅和碳酸钙的改性能够将其吸收范围增大，同时向可见光偏移。所述的掺杂改性纳米二氧化钛中，二氧化硅的质量百分含量为5-11％，碳酸钙的质量百分含量为1-3％。作为优选的技术方案，所述的纳米二氧化钛的粒径为50-500nm，所述的二氧化硅为纳米二氧化硅，所述的碳酸钙为纳米碳酸钙。所述的吸收增强剂为2-溴-2-(2-氟苯基)-1-环丙基乙酮。吸收增强剂能够在将吸收剂半包覆的同时，促进纳米二氧化钛之间的吸收传导，防止二氧化钛表面的电子与空穴的快速闭合。所述的助剂包括乙酸乙酯或正庚烷中的一种或两种。助剂具有良好的溶解性能，同时也具有较佳的挥发性，有利于后续的回流与减压蒸馏反应。所述的金属陶瓷材料包括硼化钨金属陶瓷材料、碳化钛金属陶瓷材料或硅化钼金属陶瓷材料中的一种或多种。该类金属陶瓷材料具有优异的耐磨性能与耐高温性能，且原材料来源广泛并方便获取。所述的导热材料包括石墨烯、碳纤维或导热硅脂中的一种或多种。一种纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：(1)将有机硅树脂、吸收剂及吸收增强剂混合后，在温度60-80℃、压力7-13MPa、搅拌速率800-1400r/min下反应3-7h，得到反应液；(2)将固化剂与助剂混合后，加入至反应液中，并搅拌均匀；(3)分别加入金属陶瓷材料及导热材料，在温度90-105℃、回流速率10-30mL/min、搅拌速率400-700r/min下回流3-5h，之后在70-90℃下减压蒸馏反应1-2h，即得到所述的纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料。作为优选的技术方案，步骤(3)所述的减压蒸馏反应中，减压压力为大气压的60-75％。纳米粉体材料是介于固体与分子之间的具有纳米数量级(0.1-100nm)尺寸的亚稳态中间物质。随着粉体的超细化，其表面电子结构和晶体结构会发生变化，产生了块状材料所不具有的特殊效应。纳米粉体材料的粒径极小、比表面积大、化学性能优异，还具有以下优良性能：能够显著降低材料的烧结温度，节约能源；能够使材料的组成结构致密化、均匀化，改善材料的性能，提高其使用可靠性；能够从纳米材料的结构层次(1-100nm)上控制材料的成分和结构，有利于充分发挥材料的潜在性能。本专利技术中，吸收剂采用掺杂改性纳米二氧化钛，能够显著提高材料对太阳能的吸收效率，改善对太阳能的吸收范围，并同时具有良好的热传导效率。金属陶瓷材料是指复合材料中金属和陶瓷相在三维空间上都存在界面的一类材料。金属陶瓷材料通常具有耐高温、强度高、密度小、易加工、耐腐蚀、导热性好等特点，金属陶瓷材料能够增强吸热涂层的稳定性、强度及耐高温耐腐蚀性能，同时也能提高其导热性能，以防止二氧化钛表面温度过高而影响吸热涂层材料的吸热性能。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1)采用掺杂改性纳米二氧化钛作为吸收剂，2-溴-2-(2-氟苯基)-1-环丙基乙酮作为吸收增强剂，使涂层材料具有优异的太阳能吸收性能，且性能稳定，提高了涂层材料的吸热率；采用具有光催化迁移性能的金属陶瓷材料及导热材料，不仅能够增大太阳能吸收范围，同时也能增强涂层材料的导热性能，降低涂层材料局部温度，使涂层材料具有较高的使用寿命；2)采用耐腐蚀耐高温的固化剂，与有机硅树脂混合后，能够使涂层材料具有良好的耐腐蚀性能，扩展了涂层材料的应用领域，延长了涂层材料的使用寿命；3)制备方法简便，反应工艺条件温和，由于反应温度适中，避免了对物质结构的破坏，并降低了生产成本，易于进行工业化生产。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1：一种纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料，其配方如下：有机硅树脂40份、固化剂2份、吸收剂11份、吸收增强剂2份、助剂33份、金属陶瓷材料13份、导热材料7份。树脂采用环氧改性有机硅树脂；固化剂采用间苯二甲胺；吸收剂采用掺杂二氧化硅和碳酸钙的纳米二氧化钛，其中，二氧化硅的质量百分含量为5％，碳酸钙的质量百分含量为1％，纳米二氧化钛的粒径为50nm，二氧化硅与碳酸钙的粒径均属于纳米级；吸收增强剂采用2-溴-2-(2-氟苯基)-1-环丙基乙酮；助剂采用乙酸乙酯；金属陶瓷材料采用硼化钨陶瓷材料；导热剂采用石墨烯。其制备方法如下：步骤1，将有机硅树脂、吸收剂和吸收增强剂加入至反应釜中，加压搅拌反应3h，其中，压力为7MPa，搅拌速率为800r/mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料，其特征在于，该涂层材料由包括以下重量份含量的组分制备而成：有机硅树脂40‑50份、固化剂2‑7份、吸收剂11‑12份、吸收增强剂2‑4份、助剂33‑45份、金属陶瓷材料13‑17份及导热材料7‑13份，所述的吸收剂为掺杂改性纳米二氧化钛。

【技术特征摘要】
1.一种纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料，其特征在于，该涂层材料由包括以下重量份含量的组分制备而成：有机硅树脂40-50份、固化剂2-7份、吸收剂11-12份、吸收增强剂2-4份、助剂33-45份、金属陶瓷材料13-17份及导热材料7-13份，所述的吸收剂为掺杂改性纳米二氧化钛。2.根据权利要求1所述的一种纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料，其特征在于，所述的有机硅树脂包括环氧改性有机硅树脂、聚酯改性有机硅树脂或高光有机硅树脂中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料，其特征在于，所述的固化剂包括间苯二甲胺、二乙胺或二氨基二苯基甲烷中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料，其特征在于，所述的掺杂改性纳米二氧化钛为掺杂二氧化硅和碳酸钙的纳米二氧化钛。5.根据权利要求4所述的一种纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料，其特征在于，所述的掺杂改性纳米二氧化钛中，二氧化硅的质量百分含量为5-11％，碳酸钙的质量百分含量为1-3％。6.根据权利要求1所述的一种纳米级金属陶瓷太阳能吸热涂层材料，其特征在于，所述的吸收增强剂为2-溴-2-(...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱燕艳，潘小杰，仇庆林，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31