制备用于太阳能加热的溶胶-凝胶基吸收涂层的方法技术

制备太阳能吸收涂层的方法，该方法包括步骤：通过溶胶－凝胶技术用钛前体溶液涂覆衬底以获得二氧化钛层，并且热处理涂覆的衬底以使该层热解和结晶，其特征在于：在涂覆前将银离子以这样的量加入到钛前体溶液中，该量使得热处理的层具有１０％－８０％的银质量比例，和用可见光照射该层来实施该层的热解和结晶化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制备用于太阳能加热的吸收涂层的方法，该方法是基 于溶胶-凝胶法并且可用该方法将层施加到实际上任何衬底。
技术介绍
太阳能收集器通过吸收可见光并且将这种电磁能转变为热来利用 入射的太阳辐射。所述热通常释放到蓄热的自由流动介质中并通过流 动供给到贮存器。太阳能收集器表面典型地由涂覆的铜片或铝片构成， 这些铜片或铝片焊接至管道以确保良好的热传递进入在管内传导的贮 存介质中。最终可获得的有效热相当大程度地取决于吸收器涂层的吸收能 力，该能力必须理想地对整个太阳光谱中的光是高的。然而，如此获得的热同时必须不得以红外光i昝再次过度地发射出。因此另外要求该 涂层在高于约2000纳米的波长范围中具有低的发射能力，这与该光谱 区域中的高反射率有关。满足所述要求的吸收涂层已可商购并且称作具有选择性。大面积 生产在高度优化的涂覆设备中是可能的，例如通过物理气相沉积(VPD) 沉积到例如连续的铜带上，这允许每小时获得几平方米的涂覆面积。 另外已知的是濺射法以及联合CVD/溅射法。然而，这些方法是具有相 当大的装置复杂性水平的高真空方法。对于另外信息，关于此可参考 由Fachinfo簡tionszentrum Karlsruhe公布的BINE信息月良务的发 行物/ rw'ei"〃/7尸o J/夕久公知的是，还可通过溶胶-凝胶涂覆方法获得具有长期热稳定性和 化学稳定性的坚固、结实地附着性涂层。除对设备和方法控制的低要 求外，这些方法的优点还展现在关于组合物和层结构的可用材料的高度可变性，展现在涂覆实际上任何非平面表面的手段，展现在相对低 的能量要求以及最重要地展现在获得多功能层的不同涂覆步骤的可组 合性，即使可用其它已知的方法实现这些优点，也具有几乎不能接受 的费用水平和麻烦性。从该观点出发，令人惊讶的是到目前为止很少 关注通过溶胶-凝胶方法制备太阳能吸收层。目前已知的唯一例外且因而同时最接近的现有技术是专利DE-C2 101 21 812，该专利保护一种通过浸涂制备选择性吸收层的方法。为 此目的，在含镁的铝片上形成含钛氧化物层，据称该层含有所谓的选 择性吸收结构元件。不过遗憾的是，由该公开不能清楚明显地推想到 这些"结构元件"具有什么样的性质或什么样的来源。这首先导致的 怀疑是，特别地作为吸收体的衬底的二氧化钛涂层可能是所意指的。 然而，这明显与实验结果矛盾(同样见图1)。因此仍然认为，具体 参引Mg-Al衬底对于这里的专利技术是重要的并且使衬底表面本身发生氧 化(可能是添加硝酸的结果)以便获得所述的吸收作用。如果是这样， 这里的方法不会是常规的溶胶-凝胶涂覆，而是化学表面处理。在任何 情形中，DE-C2 101 21 812的教导没有给出认为其中所述的涂层可以 是用于多种(或甚至实际上任何)衬底的太阳能吸收涂层的任何动机。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是提供一种制备有利于太阳能加热的吸收涂层 的方法，通过该方法可用已知的溶胶-凝胶涂覆法(喷涂、浸涂、旋涂) 在各种衬底上特别是在铜、铝、不锈钢或玻璃上形成层。通过具有权利要求1的特征的制备太阳能吸收涂层的方法实现了 该目的。从属权利要求具体说明了有利的配置。根据本专利技术的方法在于使用前体溶液使衬底常规涂覆(其本身是 已知的)有二氧化钛层，通过溶胶-凝胶法将所述前体溶液施涂到衬底 并然后进行热处理，现通过两个创造性步骤加以扩展-在涂覆前向前体溶液加入银离子(例如硝酸银溶液形式)，使得 在后续步骤中干燥的Ti02/Ag层中银的质量比例为10%-80%、更优选450%-70%;-在整个热处理(干燥和结晶化)期间用可见光(优选具有25 mW/cm2-70 mW/ci^的功率密度)照射涂覆的衬底。这些创造性措施的作用在于以下降趋势显著增强涂层对可见光 (约400-700 nm)和对邻接近红外光i普即在非常宽的光镨范围内的吸 收能力，该作用基本取决于所使用的银浓度。对具有10%-80%质量化 银的层进行实验，发现50%-70%的范围提供特别良好的结果。附图说明通过下面的附图说明所述作用图1显示了玻璃衬底上纯Ti(h层(锐钛矿相，厚度为100 nm)的 光度分析结果，测量了反射率R、透射率T和吸收能力A;图2显示了对Ti02/Ag层(100nm)的与图1中相同的分析(出于 对比)，所述层具有70%质量比的#1，并且在光照下进行热解和结晶；图3显示了铜衬底上具有70%质量比银的TiO2/Ag层(100nm)的反 射分析。具体实施例方式如由图l清楚可见，纯二氧化钛层不适合作为太阳能吸收体。所 显示的是涂覆有100nmTiO2的玻璃板的透射、反射和吸收能力(T、 R、 A)。还对未涂覆的玻璃板本身进行分析，以便使所示测量结果由此被 加以修正从而应被理解为层性能。 一直到约2700 nm，纯1402允许约 80°/。的入射光功率通过并反射其余部分。仅在超过2700 nm的红外区该 吸收表现为高于10%的值。通过该创造性教导用100 nm厚Ti02/Ag层(70。/。的银质量比例) 涂覆同样的玻璃板并按上文进行分析。由图2可以推断出的是，该层 良好地吸收70-80°/。的可见光波长范围(约400-700 nm)中的光，主要 反射其余部分并且仅允许很少光通过。然后将这种与纯Ti02相比根本 不同的行为"归一化"至稍微朝向较大的波长；在2000 nm，相比于Ti02的约80: 15: 5 (参考图1 )，发现本专利技术层的约55: 35: 10的T: R: A比。在太阳能加热中使用本专利技术涂层的情形中，应将它们典型地施加 到金属片特别是铜、铝和不锈钢上。在进行该操作时，应确保氮气气 氛或合成气体(forming gas)气氛，这是因为否则该材料被氧化并且可 能损害良好的附着性。图3显示了铜片上100 nm厚Ti02/Ag层(70% 的银质量比例)的反射率测量结果。可见光谱中的反射率约为或甚至 低于10%，并且一直到约2300 nra仅緩慢升至约20%。超过2300認 时，反射率在3000 nm表现出到约60%的急剧升高。由于技术原因(测 量范围的极限)，尚不可能监测进一步高于3000 nm时的反射率。然 而，已清楚地可见，例如根据本专利技术进行涂覆的铜片确实表现出选择 性太阳能吸收体所需的性能。在太阳能加热涂层的情形中，除光学性能外，在气候极端条件(例 如在强烈太阳照射下贮存介质发生故障)下在衬底上的附着性以及化 学稳定性及热稳定性也是重要的。纯二氧化钛杰出地满足这些条件。 这并不由于富集银而发生显著改变，尽管TiO厂Ag组合物层是抗菌的 并且拥有防污性能。这可理解为有利地抵御不希望的侵染-例如侵染有 真菌培养物。当然，如同其它已知方法，溶胶-凝胶法还允许产生与深 度相关的材料分布，即例如基于层厚度的银梯度。因此有可能构想出 如下的吸收层在金属衬底的紧邻上方吸收光，而它们在朝着层表面 的方向包含越来越少的4艮，从而表面本身由纯Ti02构成。实施例 溶胶的制备为制备200 ml的0. 6摩尔溶液，将20 ml 2-曱氧基乙醇和乙酰 丙酮(Hacac)初始加入到烧杯中。然后，加入异丙醇钛。将该混合物搅 拌30分钟。作为第二溶液，将20 ml 2-曱氧基乙醇与水混合。在搅拌30分 钟后，将该水溶液加入到本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备太阳能吸收涂层的方法，该方法包括步骤：通过溶胶－凝胶技术用钛前体溶液涂覆衬底以获得二氧化钛层，并且热处理涂覆的衬底以使该层热解和结晶，　其特征在于　在涂覆前将银离子以这样的量加入到钛前体溶液中，该量使得热处理的层具有１０％－ ８０％的银质量比例，和用可见光照射该层来实施该层的热解和结晶化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M埃斯佐尼，
申请(专利权)人：齐鲁斯专利I投资有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]