【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高温光热发电太阳能吸收涂层，尤其涉及非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层。
技术介绍
1、高效利用太阳能是实现“双碳”目标的重要举措。太阳能光热技术能够直接将太阳辐射转化为热能，具有独特的优势，在太阳能光热发电、海水淡化、光热除冰、光热杀菌、热管理等领域展现出广泛的应用。太阳能选择性吸收涂层作为光热转化技术的重要组成部分，要求在太阳能光谱波段（0.3-2.5 μm）具有高吸收率，同时在中红外波段（2.5-25μm）具有低发射率，从而使其表现出更高的光热转换效率。目前大部分太阳能吸收涂层在真空条件下的热稳定性低于550 ℃，限制了其在高温条件下的应用。因此，开发一种具有优异热稳定性（大于600 ℃）、可扩展、结构简单、易于制备的太阳能吸收涂层具有重要意义。
2、研究人员通常利用组分的选择和结构优化提升太阳能选择性吸收涂层的性能，并且开发出了不同的太阳吸收涂层系列，包括光子晶体、本征吸收体、超材料、多层膜、半导体金属串联、金属陶瓷涂层等。然而，大部分选择性吸收涂层涉及到相当复杂的制备技术和多层膜结构，阻碍了其实际应用。过渡金属碳化物具有优异的热稳定性和光吸收能力，并且在高温下表现出良好的热稳定性和抗氧化性，这得益于过渡金属中的3d电子在费米能级附近的带间跃迁，导致高太阳能吸收能力。尽管二元和三元过渡金属碳化已经被应用于太阳吸收涂层，但是单一元素掺杂导致相聚集，从而降低了涂层的热稳定性。
3、高熵合金的提出打破了传统合金以一或两种金属元素为主元的设计思路。高熵合金是由五种及以上主要金属
4、高熵碳化物是在高熵合金中掺杂碳元素，其继承了高熵合金优异的性能，具有优异的耐高温、抗氧化性、耐腐蚀性能。然而，高熵碳化物的光热性能还未被报道，主要是缺乏相关的制备方法。因此，开发一种高熵碳化物基选择性吸收涂层对研究高熵材料光热性能具有重要的科学价值，也对下一代高温太阳能发电具有重大意义。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种热稳定性良好、光吸收性能优异的非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层。
2、为解决上述问题，本专利技术所述的非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：该涂层具有双层结构，由抛光不锈钢片构成的吸热体基底、高熵合金碳化物构成的吸收层和al2o3构成的减反射层组成；所述吸收层是指先采用等摩尔质量比的al、cr、mo、ta、ti、zr中的五种氧化物与过量c混合进行碳热还原法制备高熵碳化物陶瓷粉末，再通过放电等离子烧结法制备的高熵合金碳化物；所述涂层在0.3~2.5 μm波段范围内吸收率≥0.93，在0.3~25 μm波段范围内发射率≤0.12，且在600 ℃的真空环境下热处理300 h后光学性能稳定。
3、所述吸热体基底的粗糙度值为2 nm。
4、所述吸收层的厚度为60~90 nm，其在300～2500 nm的波长范围内的折射率在2～3.5之间，消光系数在0～2之间。
5、所述减反射层的厚度为70~130 nm，其在300～2500 nm的波长范围内的折射率在1.4～2.5之间，消光系数为0。
6、所述高熵合金碳化物是指将等摩尔质量比的al、cr、mo、ta、ti、zr中的五种氧化物与过量c粉干混，装入石墨坩埚中，然后将其放入真空炉并抽真空至5.0×10-3~7.0×10-3torr，于1200~1400 ℃高温热还原后，通过机械球磨处理获得高熵碳化物陶瓷粉末；所述高熵碳化物陶瓷粉末装入石墨模具，并放入放电等离子烧结炉中，于1800~2200℃、20 min/50 mpa条件下进行致密化烧结成型后，经切割、打磨即得。
7、如上所述的非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
8、⑴对吸热体基底进行处理；
9、⑵在处理后的所述吸热体基底上制备吸收层：以纯度为99.99%的高熵合金碳化物靶材作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用射频磁控溅射方法制得；其中工作参数：磁控设备真空室预抽本底真空至1.0×10-6~5.5×10-6torr，采用压力模式进气量为10~20 mtorr；调整高熵合金碳化物靶材的溅射功率为200~300 w，降低氩气的进气量至2~4mtorr；高熵合金碳化物靶材预溅射5 min后，开始在吸热体基底上沉积吸收层；沉积时真空腔体真空度为8.2×10-3～1.2×10-2torr，沉积高熵合金碳化物厚度为60~90nm；
10、⑶在所述吸收层上制备减反射层：以纯度为99.99%的al2o3作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用射频磁控溅射方法制得；其中工作参数：al2o3靶材的溅射功率为200~280w，压力模式下溅射沉积时氩气的进气量为2~4 mtorr，沉积厚度为70~130 nm。
11、所述步骤⑴中吸热体基底的处理是指去除基底抛光不锈钢片表面附着的杂质后，分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15 min，氮气吹干真空保存。
12、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
13、1、本专利技术利用非反应磁控溅射发制备的涂层具有双层结构，由优异光吸收性能的高熵碳化物薄膜及介电材料al2o3薄膜构成，通过调控不同沉积参数溅射高熵合金碳化物靶材和al2o3靶材，获得高熵碳化物吸收涂层厚度为60~90 nm，减反射层al2o3厚度为70~130nm。
14、2、本专利技术将高熵碳化物陶瓷引入光热转换吸收涂层中，拓宽高温领域太阳能选择性吸收涂层材料选择，凭借高熵碳化物陶瓷良好的光学性能以及涂层的双层结构，提高了高温领域吸收涂层的热稳定性。
15、3、本专利技术所制备的涂层在0.3~2.5 μm波段范围内吸收率≥0.93，在0.3~25 μm波段范围内发射率≤0.12。并且，高熵陶瓷的特性使得涂层在600 ℃的真空环境下长时间保持光学性能稳定，可用于光热发电、海水淡化、光热除冰、光热杀菌、热管理等领域。
16、4、本专利技术涂层双层结构，可在具有红外反射的不锈钢基底上沉积，从而简化了工艺，操作方便，缩短生产周期，降低成本。
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1.非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：该涂层具有双层结构，由抛光不锈钢片构成的吸热体基底、高熵合金碳化物构成的吸收层和Al2O3构成的减反射层组成；所述吸收层是指先采用等摩尔质量比的Al、Cr、Mo、Ta、Ti、Zr中的五种氧化物与过量C混合进行碳热还原法制备高熵碳化物陶瓷粉末，再通过放电等离子烧结法制备的高熵合金碳化物；所述涂层在0.3~2.5 μm波段范围内吸收率≥0.93，在0.3~25 μm波段范围内发射率≤0.12，且在600 ℃的真空环境下热处理300 h后光学性能稳定。
2.如权利要求1所述的非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：所述吸热体基底的粗糙度值为2 nm。
3.如权利要求1所述的非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：所述吸收层的厚度为60~90 nm，其在300～2500 nm的波长范围内的折射率在2～3.5之间，消光系数在0～2之间。
4.如权利要求1所述的非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：所述减反射层的厚度为70~
5.如权利要求1所述的非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：所述高熵合金碳化物是指将等摩尔质量比的Al、Cr、Mo、Ta、Ti、Zr中的五种氧化物与过量C粉干混，装入石墨坩埚中，然后将其放入真空炉并抽真空至5.0×10-3~7.0×10-3Torr，于1200~1400 ℃高温热还原后，通过机械球磨处理获得高熵碳化物陶瓷粉末；所述高熵碳化物陶瓷粉末装入石墨模具，并放入放电等离子烧结炉中，于1800~2200 ℃、20 min/50 MPa条件下进行致密化烧结成型后，经切割、打磨即得。
6.如权利要求1所述的非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤⑴中吸热体基底的处理是指去除基底抛光不锈钢片表面附着的杂质后，分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15 min，氮气吹干真空保存。
...【技术特征摘要】
1.非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：该涂层具有双层结构，由抛光不锈钢片构成的吸热体基底、高熵合金碳化物构成的吸收层和al2o3构成的减反射层组成；所述吸收层是指先采用等摩尔质量比的al、cr、mo、ta、ti、zr中的五种氧化物与过量c混合进行碳热还原法制备高熵碳化物陶瓷粉末，再通过放电等离子烧结法制备的高熵合金碳化物；所述涂层在0.3~2.5 μm波段范围内吸收率≥0.93，在0.3~25 μm波段范围内发射率≤0.12，且在600 ℃的真空环境下热处理300 h后光学性能稳定。
2.如权利要求1所述的非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：所述吸热体基底的粗糙度值为2 nm。
3.如权利要求1所述的非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：所述吸收层的厚度为60~90 nm，其在300～2500 nm的波长范围内的折射率在2～3.5之间，消光系数在0～2之间。
4.如权利要求1所述的非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层，其特征在于：所述减反射层的厚度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：高祥虎，何成玉，周卓浩，赵鹏，刘宝华，刘刚，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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