一种廉价的太阳能集热器用选择性涂层的制备方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种廉价的太阳能集热器用选择性涂层的制备方法。包括如下步骤：（１）将碱和氧化剂按照摩尔比１～５∶１加入到去离子水中，充分搅拌后，得均匀混合溶液，放入２０～１００℃的恒温水浴中；（２）将过硫酸铵，氯化铵，去离子水和吡啶按照摩尔比１∶１～１０∶１０～１００∶０～０．１混合，充分搅拌后，得均匀混合溶液；（３）将铜片切成合适的大小放入步骤（２）得到的溶液中反应１０秒～３０分钟后，放入步骤（１）得到的溶液中反应５～６０分钟，反应后取出先经去离子水冲洗后，而后在空气中５０～１００℃烘干，即得到太阳能集热器用选择性涂层。该方法不仅成本低，且极易进行大面积的推广，同时制备的涂层不仅对太阳光具有很好的吸收性能，同时在红外辐射波段具有较低的发射特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能利用材料领域，特别涉及一种廉价的太阳能集热器用选择性涂 层的制备方法和在太阳能集热方面的应用。
技术介绍
太阳能作为取之不尽，用之不竭的绿色能源，受到人们的广发关注。太阳能的利 用包括光热、光电、光化学等，其中光热利用是太阳能利用最为传统和有效的方式之一。太 阳能集热器就是太阳能光热利用的关键元件之一，要使太阳能集热器达到高效热利用的目 的，能与太阳光谱匹配同时在热辐射波段具有较小发射率的太阳能选择性涂层就是必不可 少的部分之一。目前，制备选择性涂层可以用电镀、喷涂、物理气相沉积和化学气相沉积等 多种工艺方法。不同的方法取决于获得选择性的机理不同，归纳起来大体有以下几种(1) 本征吸收膜，某些材料的辐射特性和理想选择性表面的光谱分布较为接近，这种材料主要 有两类，一是过渡金属的化合物，包括氧化物、硫化物、碳化物和氮化物，二是半导体材料。 通过表面涂刷半导体材料或者加入一些能产生内部散射效应的微粒，可以使临界波长向红 外区移动。但是，目前用它作为选择性材料还存在不少问题，如半导体的折射率一般都比较 大，影响可见部分的吸收率，必须通过额外的减反射层来降低可见部分的反射率；涂刷的选 择性涂层通常因为粘结剂在红外区存在固有的吸收频带导致发射率比较高等；( 光学干 涉膜，利用光干涉原理，在由透明介质膜、吸收膜和金属衬底组成的多层结构中，通过严格 控制每层膜的光学厚度，使得太阳辐射在膜系内通过多次反射方式被吸收，长波则被反射。 该类薄膜一般通过能够严格控制薄膜厚度的物理气相沉积方法制备，如磁控溅射，热蒸发 等。( 多层渐变膜，该膜是指从表层到底层，膜层由光学常数逐渐增加的膜系构成，膜系 的化学成分的浓度或者含量呈现梯度变化，它是利用对入射光学的逐层吸收来达到高吸收 的目的。常见的多层渐变膜，如渐变A1-N/A1，多层渐变不锈钢-C/CU，金属陶瓷膜等；(4) 光学陷阱膜，通过控制薄膜表面的形貌和结构，使得它们对短波是粗糙表面，能充分吸收， 对长波呈现镜面，反射率很高。目前，商用的太阳能选择性涂层主要为黑铬、黑镍涂层以及 Cr-Al2O3金属陶瓷膜等，它们主要采用电化学方法和物理气相沉积的方法制备，由于电化学 方法产生的废液容易导致环境的二次污染，同时电化学方法制备的涂层存在高温稳定性差 的劣势，使得更加环保的物理气相沉积逐渐成为主流的选择性涂层制备技术，但是物理气 相沉积过程都需要在一定的真空度下进行，沉积效率比较低，且存在系统运行成本高等原 因，使得选择性涂层成为太阳能集热器中成本比较高的部分，而要降低集热器的成本，大面 积的推广和使用太阳能集热器，就必须找到一种廉价并能够大面积制备的太阳能选择性涂 层。Cu2O是一种典型的金属缺位P型半导体，其禁带宽度为&V，对可见光具有较高的 吸收系数。在太阳光的照射下，Cu2O粒子能够使水分解为氢气和氧气，具有很好的可见光 催化性能，同时其作为太阳能电池的理论转换效率为12%。因此，Cu2O在光热涂层、光催 化、光伏电池、锂离子电池、船底防污、磁存储、气敏传感和CO的转化等方面具有广泛的应用前景。目前，制备氧化亚铜的方法很多，工业上主要有烧结法、电解法、葡萄糖还原法等， 烧结法是先将氧化铜和铜粉混合后在iooo°c左右进行固-固反应，生成氧化亚铜，在惰性 气氛下冷却后再用磨细设备将烧结产物磨细，该方法能耗大，氧化亚铜的纯度比较低，且为 粉体，进行后期的涂层制备时，要找到具有较好红外低发射特性的粘结剂比较困难。采用铜 电极电解法虽然能够产出质量比较好的氧化亚铜粉体和薄膜，但是电耗大，生产效率比较 低，同时电解的废液会对环境产生比较大的污染等。葡萄糖还原法需要消耗比较昂贵的原 料，生产成本比较高。很多研究者对制备氧化亚铜的制备方法进行了改进，清华大学李亚栋 课题组在中国专利(CN1759965A)中提供了一种低温快速合成准单分散的氧化亚铜纳米球 的方法，但是该方法中需要用到一些挥发性的有机溶剂，且要用该方法制备一定厚度的薄 膜显得比较困难。Han等人(Thin Solid Films 517(2008) 1195-1199)通过对磁控溅射制 备Cu膜然后先在空气气氛下500°C进行热处理制备出CuO薄膜，然后把CuO薄膜在队气氛 下进行微波等离子体烧结制备出纯相的Cu2O的薄膜，该方法的制备过程不仅复杂且需要高 温，不适合于大面积低成本的制备Cu2O薄膜。Yang等人(Thin Solid Films 517(2008)967) 以Cu2O为靶材，通过射频磁控溅射制备了纯相的Cu2O薄膜，但是由于射频溅射的效率本身 比较低，且Cu2O靶材制作本身存在困难，使得该方法也存在成本和大面积的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。该方法 不仅成本低，且极易进行大面积的推广，同时制备的涂层不仅对太阳光具有很好的吸收性 能，同时在红外辐射波段具有较低的发射特性。本专利技术利用具有柔性的且本身具有较低发射率的铜为基底，通过低温化学腐蚀方 法，直接在铜基底上获得Cu2O的薄膜，具有成本低且易大面积化的优势。本专利技术的目的通过下述技术方案实现，一种廉价的太阳能集热器用选择性涂层制 备方法，包括如下步骤(1)将可水溶性的无机碱或含有胺基的可溶性有机碱和可水溶性的盐类氧化剂按 照摩尔比1 5 1加入到去离子水中，充分搅拌后，得均勻混合溶液，放入20 100°C的 恒温水浴中；(2)将过硫酸铵，氯化铵，去离子水和吡啶按照摩尔比1 1 10 10 100 0 0.1混合，充分搅拌后，得均勻混合溶液；(3)将铜片切成合适的大小放入步骤(2)得到的溶液中反应10秒 30分钟后，放 入步骤(1)得到的溶液中反应5 60分钟，反映后取出先经去离子水冲洗后，而后在空气 中50 100°C烘干，即得到太阳能集热器用选择性涂层。为了更好的实现本专利技术，可以对本专利技术进一步改进如下步骤(1)中，所述的碱选自可水溶性的无机碱如氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化钡， 氢氧化锂，氢氧化钙等，含有胺基的有机碱如氨水，乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，4- 二甲氨 基吡啶等中之一或两种及以上。所述的可水溶性的盐类氧化剂为次氯酸钠、亚氯酸钠中的 一种或两种。步骤(3)中，所述的铜为黄铜，紫铜中的一种或两种；本专利技术的Cu2O薄膜可以作为太阳能选择涂层或者光催化剂，具有广阔的环境保护应用潜力。本专利技术和现有技术相比，具有如下优点和有益效果本专利技术所制备的Cu2O选择性涂层通过一步法，在低温条件下，以最小的能耗方式 直接生成于具有良好导热性和低发射率的铜基底上，具有成本低，操作简单，可大面积化的 优势，同时由于铜基底具有很好的柔性，因此该选择性涂层可以应用于多种异形表面。本 专利技术制备的Cu2O选择性涂层对太阳光的吸收率达到了 0.9，同时在100°C的发射率仅为 0.086，吸收率与发射率之比大于10，可以与商用选择性涂层的吸收发射比相媲美。本专利技术 制备的Cu2O选择性涂层经过200度加热M小时后，其对太阳光的吸收率为0. 75，发射率为 0. 12，吸收率与发射率之比大于6，仍表现出了良好的光谱选择性特征。本专利技术制备的Cu2O 选择性涂层的最佳使用温度在150°C以下，完全满足低温太阳能集热器的使用要求。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种廉价的太阳能集热器用选择性涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（１）将可水溶性的无机碱类或含有胺基的可溶性有机碱和可水溶性的盐类氧化剂按照摩尔比１～５∶１加入到去离子水中，充分搅拌后，得均匀混合溶液，放入２０～１００度的恒温水浴中；（２）将过硫酸铵，氯化铵，去离子水，吡啶按照摩尔比１∶１～１０∶１０～１００∶０～０．１混合，充分搅拌后，得均匀混合溶液；（３）将铜片切成合适的大小放入步骤（２）得到的溶液中反应１０秒～３０分钟后，经５０～１００度烘干，立即放入步骤（１）得到的溶液中反应５～６０分钟，反应后取出先经去离子反复水冲洗后，在空气中５０～１００度烘干，即得到该选择性涂层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖秀娣，苗雷，徐刚，徐雪青，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：81[]