论文部分内容阅读
光热转换技术是人类利用太阳能的重要方式之一。作为热发电太阳能集热(CSP)系统的关键组件之一,太阳能选择性吸收涂层(SSACs)的性质将直接影响能量转换效率。探索具有优异光学性能,良好热稳定性和耐候性,且可以大面积生产的涂层是该领域的发展趋势。本文采用多层复合涂层结构设计,包括高反射层、吸收层和减反射(红外透明)层,以期进一步提高涂层的选择吸收性能。采用固相反应法简单高效合成了CuCoMnOx太阳能选择性吸收粉末。研究了反应时间(15h)和反应温度(11001500℃)对复合粉末微观结构,化学组分和光学性能的影响。结果表明,原始粉末在1300℃下反应2小时,主要生成具有四面体和八面体形态的CuCoMnOx,且粉末在0.32.5μm短波段具有高吸收率0.916及在2.525μm波段具有较低发射率0.404。以合成的CuCoMnOx粉末为颜料,有机硅树脂为粘合剂,在不锈钢基片表面通过涂料涂覆法制备单层的太阳能选择性吸收涂层。首先讨论了不同固含量(1060%)对CuCoMnOx涂层光学性能的影响,发现随着固含量增大,吸收成分增多,涂层吸收率有所增加。但是无限增加固含量会使粉末堆积团聚,分散不均匀造成发射率升高。固含量为40%时涂层涂覆均匀,CuCoMnOx尖晶石堆叠形成微不平粗糙表面,具有最佳选择吸收性能。其次,研究了涂料细度和涂层厚度对性能的影响,球磨分散18h时涂层中颜料粒度较小且分散均匀、能较好的覆盖基体,得到的涂层光选择性能优异。同时发现涂层厚度增加时,涂层发射率较吸收率上升更剧烈,不利于涂层的光选择性能,考虑到涂层的光学、机械性能,一定范围内控制涂层厚度1.93μm为宜;最后,独立研究金属M(Al、Cu或Mo)添加及含量(0.52.5%)对CuCoMnOx-M涂层性能的影响,结果表明,当加入1%Al时,均匀分散的Al粉在涂层中形成各个方向排列的铝膜,增强了对部分红外光的反射,此时涂层较单一CuCoMnOx性能改善最为明显,CuCoMnOx-Al吸收层的吸收/发射率为0.921/0.366。在吸收层的上下分别采用溶胶-凝胶法制备SiO2减反射层和涂料涂覆法制备Al高红外反射层。对多层复合涂层的表面、断面形貌,光学性能,热稳定性和耐候性进行了测试。结果表明,复合涂层的光选择吸收性能有了较大提升,吸收率为0.924,发射率为0.324;经100次水冷热循环实验以及500℃热处理100h后,涂层无剥落和明显裂纹,性能标准PC值均低于0.05,光学性能衰减符合使用标准;经500h凝露实验后,吸收率为0.913,发射率为0.355,PC<0.05,涂层表现出良好的环境耐候性。综上可得,该涂层具有良好的选择吸收性能,高温稳定性,且制备成本低,易于大面积施工,有利于太阳能在光热领域的利用和发展。