【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能光热利用和真空镀膜，尤其涉及一种高熵硼化物基选择性吸收涂层及其制备方法。
技术介绍
1、太阳能光热转换在用于水蒸发、海水淡化、高温多相催化、除冰和光热杀菌方面表现出独特的优势。同时，还可以作为基于光伏的太阳发电技术的补充，是集“清洁能源生产、储能调节和同步发电技术”于一体的灵活性电源，在构建“以新能源为主体的新型电力系统”中，太阳能热发电具有不可或缺的地位。然而，自然环境中太阳辐射通量较低，并且不断波动。因此，太阳能的清洁、经济和高效利用仍然是一个巨大的挑战。
2、太阳能选择性吸收涂层可以通过抑制热辐射传热来最大化太阳能的转化效率。其应用于低温领域如水蒸发、除冰领域，在相同光照条件下可以达到更高的平衡温度，有利于提高工作效率；在高温领域如太阳能光热发电，可以在低的聚光比下达到目标温度，降低聚光系统建造成本。为了满足各种工况下的应用需求，其一般应具有高的吸收率、低的发射率以及优异的热稳定性能以及抗腐蚀性能。
3、高熵合金打破了传统合金以一种或两种元素为主元的合金设计思路，以五种及五种以上元素为主元，具有热力学上的高熵效应、动力学上的缓慢扩散效应、结构上的严重晶格畸变效应及性能上的鸡尾酒效应等特性。由于高熵合金的多主元设计带来了高的混合熵，吉布斯自由能低，原子排列混乱，整体稳定。严重的晶格畸变以及动力学的缓慢扩散也有助于抑制高温下的再分布，从而提高材料的热稳定性能。由于单一的固溶体结构中成分分布均匀，原电池的形成受到抑制，因此降低了腐蚀的发生概率；而非晶结构由于不存在晶界和成分偏析，因此具
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具有高吸收率和低热发射率的高熵硼化物基选择性吸收涂层。
2、本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供该高熵硼化物基选择性吸收涂层的制备方法。
3、为解决上述问题，本专利技术所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层，其特征在于：该涂层由吸收涂层基底、主吸收层、次吸收层和减反射层组成；所述主吸收层和所述次吸收层是通过在不同参数下溅射al、ta、ti、zr、hf、w、cr和nb中的五种元素和b元素燃烧合成+火花放电等离子烧结获得的高熵硼化物靶材；所述减反射层为si、al的氮化物或氧化物。
4、所述吸收涂层基底由抛光铜、铝、不锈钢、镍铬合金、哈氏合金和碳钢中的一种构成，其粗糙度值为0.5～3 nm。
5、所述主吸收层的厚度为41～53 nm，其在300～2500 nm的波长范围内的折射率在2.5～4之间，消光系数在0.5～2之间。
6、所述次吸收层的厚度为53～67 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0～1之间。
7、所述减反射层由si3n4、sio2、al2o3、aln中的一种构成，厚度为83～104 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。
8、所述高熵硼化物靶材按下述方法制得：将al、ta、ti、zr、hf、w、cr和nb中的五种金属粉末按照等摩尔比进行干混，得到混合粉末，该混合粉末与过量硼混合，经冷压形成圆柱形颗粒；然后在氩气环境下使用加热丝进行局部点燃，并通过球磨将燃烧获得的产物制成粉末样品；最后，所述粉末样品转入石墨模具中通过火花放电等离子烧结成型，经切割、打磨后即得。
9、所述硼与所述混合粉末的摩尔比为2：1。
10、所述火花放电等离子烧结的条件是指温度为1950~2200 °c，时间为20 min，压力为50 mpa。
11、如上所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
12、⑴对吸收涂层基底进行清洗；
13、⑵在清洗后的所述吸收涂层基底表面沉积厚度为41～53 nm的主吸收层：选择一种高熵硼化物靶材，在氩气气氛中采用射频电源溅射制得；其中工作参数：本底真空度5.0×10-6~6.0×10-6torr，高熵硼化物靶材的溅射功率为200～280 w，沉积时氩气的进气量为10～18 sccm, 沉积时真空腔体真空度为8.2×10-3～9.8×10-2torr；
14、⑶在所述主吸收层表面沉积厚度为53～67 nm的次吸收层：选择与所述主吸收层相同的高熵硼化物靶材，在氩气气氛中采用射频电源溅射制得；其中工作参数：高熵硼化物靶材的溅射功率为200～250 w, 沉积时氩气的进气量为20～25sccm, 沉积时真空腔体真空度为8.8×10-3～1.5×10-2torr；
15、⑷在所述次吸收层表面沉积厚度为83～104 nm的减反射层：以纯度为99.99%的si和al中的一种作为靶材，分别在氩气和氮气的气氛或氩气和氧气的气氛中通过射频反应溅射制得；其中工作参数：靶材的溅射功率为120～180 w，沉积时氩气的进气量为20～26sccm，氮气的进气量为15～25 sccm，氧气的进气量为8～10 sccm。
16、所述步骤⑴中吸收涂层基底的清洗是指去除基底表面附着的杂质后，分别在丙酮和无水乙醇中超声清洗15~25分钟，氮气吹干保存。
17、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
18、1、本专利技术将高熵硼化物引入太阳能选择性吸收领域，丰富了太阳能选择性吸收涂层的材料种类并拓展了高熵硼化物的应用领域。高熵材料的多主元设计增加了费米能级附近的d带分布，有利于带间跃迁，提高了光吸收性能。使得所提出的高熵硼化物基太阳能选择性吸收涂层具有高吸收率和低热发射率，实现了对于太阳能的高效转化利用。
19、2、经测试，本专利技术所得涂层在大气质量因子am1.5条件下，涂层的太阳能吸收率大于0.95，发射率小于0.12，具有良好的光谱选择特性。同时涂层具有优良的耐高温、抗热震性能和耐盐雾性能，在太阳能光热发电、光热杀菌、海水淡化、水蒸发以及除冰领域具有重要应用价值。
20、【太阳能吸收率、发射率】
21、利用美国lambda950紫外可见近红外分光光度计（含150 mm积分球）和德国brukertensor 27红外光谱仪（含积分球）测试涂层吸收率和发射率，参照国标gb/t 26974-2011。
22、测试结果：涂层在0.3~2.5 μm波段的太阳能吸收率大于0.95，0.3~20 μm发射率小于0.12，具有良好的光谱选择特性。
23、【耐高温性能】
24、将涂层置于管式真空炉中，在600 °c条件下进行了168 h的热稳定实验。根据pc=δα-0.5δε判断涂层是否失效，当pc值大于0.05时，涂层失效。结果显示，本专利技术所制备的涂层的结构稳定，涂层的光学性能变化未达到失效标准。
25、【抗热震性能】
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【技术保护点】
1.一种高熵硼化物基选择性吸收涂层，其特征在于：该涂层由吸收涂层基底、主吸收层、次吸收层和减反射层组成；所述主吸收层和所述次吸收层是通过在不同参数下溅射Al、Ta、Ti、Zr、Hf、W、Cr和Nb中的五种元素和B元素燃烧合成+火花放电等离子烧结获得的高熵硼化物靶材；所述减反射层为Si、Al的氮化物或氧化物。
2.如权利要求1所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层，其特征在于：所述吸收涂层基底由抛光铜、铝、不锈钢、镍铬合金、哈氏合金和碳钢中的一种构成，其粗糙度值为0.5～3nm。
3.如权利要求1所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层，其特征在于：所述主吸收层的厚度为41～53 nm，其在300～2500 nm的波长范围内的折射率在2.5～4之间，消光系数在0.5～2之间。
4.如权利要求1所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层，其特征在于：所述次吸收层的厚度为53～67 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0～1之间。
5.如权利要求1所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层，其特征在于：所述减反射
6.如权利要求1所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层，其特征在于：所述高熵硼化物靶材按下述方法制得：将Al、Ta、Ti、Zr、Hf、W、Cr和Nb中的五种金属粉末按照等摩尔比进行干混，得到混合粉末，该混合粉末与过量硼混合，经冷压形成圆柱形颗粒；然后在氩气环境下使用加热丝进行局部点燃，并通过球磨将燃烧获得的产物制成粉末样品；最后，所述粉末样品转入石墨模具中通过火花放电等离子烧结成型，经切割、打磨后即得。
7.如权利要求6所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层，其特征在于：所述硼与所述混合粉末的摩尔比为2：1。
8.如权利要求6所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层，其特征在于：所述火花放电等离子烧结的条件是指温度为1950~2200 °C，时间为20 min，压力为50 MPa。
9.如权利要求1所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤⑴中吸收涂层基底的清洗是指去除基底表面附着的杂质后，分别在丙酮和无水乙醇中超声清洗15~25分钟，氮气吹干保存。
...【技术特征摘要】
1.一种高熵硼化物基选择性吸收涂层，其特征在于：该涂层由吸收涂层基底、主吸收层、次吸收层和减反射层组成；所述主吸收层和所述次吸收层是通过在不同参数下溅射al、ta、ti、zr、hf、w、cr和nb中的五种元素和b元素燃烧合成+火花放电等离子烧结获得的高熵硼化物靶材；所述减反射层为si、al的氮化物或氧化物。
2.如权利要求1所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层，其特征在于：所述吸收涂层基底由抛光铜、铝、不锈钢、镍铬合金、哈氏合金和碳钢中的一种构成，其粗糙度值为0.5～3nm。
3.如权利要求1所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层，其特征在于：所述主吸收层的厚度为41～53 nm，其在300～2500 nm的波长范围内的折射率在2.5～4之间，消光系数在0.5～2之间。
4.如权利要求1所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层，其特征在于：所述次吸收层的厚度为53～67 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0～1之间。
5.如权利要求1所述的一种高熵硼化物基选择性吸收涂层，其特征在于：所述减反射层由si3n4、sio2、al2o3、aln中的一种构成，厚度为83～104 nm，其在300～2...
【专利技术属性】
技术研发人员：高祥虎，赵鹏，何成玉，周卓浩，刘宝华，汪增强，
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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