太阳能光谱高温选择性吸收膜制造技术

本实用新型专利技术公开了一种太阳能光谱高温选择性吸收膜，包括基材，以及由内至外依次设置在基材上的反射层、吸收层和减反层，所述的反射层为Ｆｅ－Ｍｏ合金，所述的吸收层为Ｍｏ－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］合金，所述的减反层为Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］；本实用新型专利技术具有优异的红外反射效果，利于降低发射率，实用性大大增强。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于薄膜技术与薄膜材料领域，具体涉及了一种太阳能光谱高 温选择性吸收膜。
技术介绍
根据吸收太阳光的原理和涂层的构造不同，太阳能光谱高温选择性吸收涂 层主要分为半导体涂层、光干涉涂层、多孔涂层和金属陶瓷涂层四类。常见的半导体材料有硅(Si )、锗(Ge )、黑络(Crx0y)、黑镍(NiS-ZnS)、氧化铜黑(Cux0y ) 和氧化铁(Fe3(k )等；光干涉涂层是由非吸收的介质膜与吸收复合膜、金属底 材或底层薄膜组成，如A1203-Mox-Al203 (AMA)三层膜、A1N-A1/A1八层膜等； 多孔涂层是通过控制涂层表面的形貌和结构，使表面不连续性的尺寸与可见光 谱峰值相当，从而对可见光起陷阱作用，对长波辐射具有很好反射作用；金属 陶瓷层是根据有效的媒质理论，利用在母体中细分散的金属粒子，对可见光的 不同波长级光子产生多次散射和内反射而将其吸收，金属粒子和氧化物的共析 涂层，如A1-Al203、 Mo-Al203、 Mo-Si02、 Ti-TiO2、 W-A她、Ni-AM)3、 Co-Al203、 Au- Al2O3等涂层。现有的太阳能光谱高温选择性多为四层结构，第一层为基材，第二层为为 金属光反射层，第三层为光吸收层，第四层为光减反射，这四层结构依次叠加， 由于反射层多为单一的金属Mo、 Ni、 Cu或Fe导致其与基材以及吸收层之间的 结合性不够好，同时这种结构的吸收膜的红外反射率较低，导致发射率增加， 因此实用性有待加强。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种层间的结合性好、实用性加强的太阳能光谱 高温选择性吸收膜。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是太阳能光谱高温选择性 吸收膜，包括基材，以及由内至外依次设置在基材上的反射层、吸收层和减反层，所述的反射层为Fe-Mo合金，所述的吸收层为Mo-Al203合金，所述的减反层为Al203。所述反射层的厚度为100-200nm 。 所述吸收层的厚度为150-200nm 。 所述减反层的厚度为30-80nm 。本技术的有益效果是采用了 Fe-Mo合金作为反射层，增强了基材与 吸收层之间的结合力，而且具有好的红外反射性能和防扩散功能，且具有更加 优异的红外反射效果，利于降低发射率，Mo- Al203合金的吸收层为Mo含量逐 步降低的三层结构，形成多界面吸收层，使得太阳光谱的紫外、可见和红外光 经过多次反射、折射、干涉和吸收后，97%以上的辐射被涂层吸收，转化成热量, Al203减反层能进一步提高膜层的吸收率，本技术的太阳能光谱高温选择性 吸收膜具有耐高温、抗氧化性能强，化学惰性和微观结构稳定的特性，实用性 大大增强。以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。附图说明图1是本技术的剖面示意图2是制备本技术所使用的三耙溅射设备的剖面示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步详细说明。参照图1所示，太阳能光谱高温选择性吸收膜，包括基材1，所述基材1可 为金属、塑料或陶瓷材质，作为具体实施例，特选用不锈钢金属管，在基材1 上设置有反射层2，反射层2上设置有吸收层3，吸收层3上设置有减反层4， 三层依次溅射叠加，所述的反射层2为Fe-Mo合金，所述的吸收层3为Mo-Al203 合金，包括高金属含量层、中金属含量层和低金属含量层三层，由里层到表层 Mo的含量逐步降低。作为本技术的第一实施例，吸收层3中三层Mo的原子百分比含量分别 为里层Mo含量为80%，中间层Mo含量为50%，表层Mo含量为20% 。作为本技术的第二实施例，吸收层3中三层Mo的原子百分比含量分别 为里层Mo含量为90先，中间层Mo含量为6(F。，表层Mo含量为40呢。作为本技术的第三实施例，吸收层3中三层Mo的原子百分比含量分别 为里层Mo含量为80%,中间层Mo含量为50-60%,表层Mo含量为20-40% 。本技术各层的厚度分别如下反射层的厚度为100-200 nm,通过沉积 这样厚度的反射层，可使光反射得到加强；吸收层的厚度为150-200 nm，这样 可加强对太阳能的吸收；减反层的厚度为30-80 nm，这个范围的厚度虽可使光 辐射透过，但可通过内部吸收及相位补偿干涉促进对太阳能的吸收。参照图2所示，本技术吸收膜可使用三靶溅射设备来制备，该设备包 括密闭的溅射炉7，溅射炉7内的侧壁上均匀分布有三个圆柱形的靶电极，即Fe靶8、 Mo靶9和Al靶10，任意两个靶电极的轴线呈60°的夹角，三个靶电极分别且选择性地与电源相接作为阴极，溅射炉与电源连接形成阳极接地，溅射炉7的壁面上设置有两个进气管，溅射炉7的中心设置有绕溅射炉中心轴旋转的旋转工架11，用于放置基材1，基材1可以在旋转工架11的环形轨道上转动的同时实现自身旋转，便于均匀镀膜，在靶电极和基材之间设置不同电压，从进气管5和进气管6中可分别通入氩气和氧气。本技术制造方法如下a) 、对作为基材的不锈钢金属管表面进行抛光、去污、丙酮超声清洗以及酒精漂洗，然后将基材置于旋转工架11上，基材在旋转工架11上公转的同时保持自转。b) 、关闭溅射炉，抽真空，当真空度达到一定要求后，从进气管5向溅射炉7内充入氩气，并在基材上施加偏压，先对基材进行等离子清洗。之后开启Fe靶8和Mo靶9，当氩离子轰击靶材的表面时，Fe和Mo金属原子及原子团被溅射出来，溅射形成Mo含量为50-6(m的Fe-Mo合金反射层。本阶段的工艺条件可设置如下Fe靶8的电流为35A，电压为411 V; Mo靶9的电流为40A，电压为450 V;基体偏压为270-300 V;真空度为0. 10 Pa，沉积时间为8-10 min。c) 、从进气管5向溅射炉7内充入氩气，同时从进气管6向溅射炉7内充入氧气。关闭Fe靶，开启Mo靶、和A1靶，在Fe-Mo合金的反射层2表面溅射一层M0-AI2O3金属，形成梯度吸收层3，此时，Mo金属不与氧气反应，而A1与氧气反应生成Al203，两种物质共同沉积在基材上形成Mo-Al203薄膜，Mo金属的含量通过设置靶电流、电压、氧气分压进行控制，薄膜的厚度通过控制溅射速率和时间进行控制，控制氧气的流量可以控制氧化物的生成量，通入过量的氧气全部反应生成氧化物沉积到基材上，从而完成复合涂层的制备。本阶段溅射炉7内的真空度可以控制在0.16-0.2 Pa之间，基体偏压设置为200-250 V，沉积时间设置为10-15 min。d)、同时向溅射炉内充入氧气和氩气，关闭Fe耙和Mo靶，开启A1耙对基材进行离子轰击，采用与上述相同的方法溅射得到一层完全透明的Al203薄膜。本阶段Al靶的电流为38 A，电压为320 V，真空度为0. 25 Pa，沉积时间5-8 min。本技术具有对太阳光谱优异的选择吸收特性，测得其在200-2500 nm的平均吸收率》97%;发射率《7 % (室温)。在空气中和真空条件下分别进行退火，测试了不同温度和时间的热稳定性，结果如下在空气中退火，、温度为75(TC、时间2小时，其热稳定性不变。在真空中退火，温度为60CTC、时间3小时，其吸收率和发射率均保持稳定。在空气中退火，温度为50(TC、时间48小时，其光学性质也无明显地退化现象。本技术的吸收膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
太阳能光谱高温选择性吸收膜，包括基材，以及由内至外依次设置在基材上的反射层、吸收层和减反层，其特征在于：所述的反射层为Ｆｅ－Ｍｏ合金，所述的吸收层为Ｍｏ－Ａｌ↓［２］↓Ｏ↓［３］合金，所述的减反层为Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺冬枚，彭启成，李皓桢，周拥仔，赵华平，陈玉琴，
申请(专利权)人：东莞市康达机电工程有限公司，
类型：实用新型
国别省市：44[]