專利名稱：一種寬光譜太陽能吸收涂層及其制備方法
技術領域：
本發明涉及太陽能吸收涂層及其制備領域，具體涉及一種還原的石墨烯氧化物(RGO)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)低溫寬光譜太陽能吸收涂層及其制備方法，屬于太陽能熱利用技術領域。
背景技術：
隨著能源與環境問題的日益嚴峻，太陽能的利用成為各國政府的研究熱點，其中，太陽能的光熱轉換是太陽能利用中應用可行性及前景比較樂觀的方式之一，太陽能利用主要有二種形式光-電，即太陽能電池；光-熱，直接利用太陽熱輻射。太陽能吸收涂層在太陽光譜范圍內具有良好的吸收特性，是直接將太陽能轉化為熱能的功能薄膜。隨著太陽能光熱利用需求和技術的不斷發展，太陽能光熱利用范圍在不斷擴大。目前采用半導體涂層如硫化鉛、黑鎳等材料制備的吸收涂層，制備過程相對復雜，而且對環境存在一定的污染。如胡文旭等(黑鎳選擇性吸收涂層光學性能研究，陜西師范大學學報，Vol. 30 No. 4 Dec. 2002)制備的黑鎳太陽能吸收涂層采用電鍍方法制備多層結構，工藝相對復雜，成本較高并且對環境存在污染；Gesheva等(Black molybdenumphotothermal converter layers deposited by pyrolytic hydrogen reduction ofMoO2Cl2, Solar Energy Materials&Solar Cells. 2003, 76 :563-576)利用常壓或等離子體化學氣相沉積(CVD)由羰基鑰和MoO2Cl2為前驅體制備MoxOy涂層，此工藝復雜，成本較高。授權公告號為CN100457973C的中國專利公開了一種提高吸收率的太陽能選擇性吸收膜，該太陽能選擇性吸收膜包括反射層；形成在該反射層上的輻射吸收層；形成在該輻射吸收層上的抗反射層；以及形成在抗反射層上的金屬薄層，該金屬薄層的厚度小于20納米。該輻射吸收層采用金屬-陶瓷復合式吸收層。雖然該太陽能選擇性吸收膜的吸收率提高了，但是該太陽能選擇性吸收膜制備工藝復雜，制備成本較高，難于工業化大規模生產，也不利于市場化推廣。石墨烯(即還原的石墨烯氧化物)的問世引起了全世界的研究熱潮同時石墨烯的應用變得越來越廣泛。還原的石墨烯氧化物(RGO)對太陽光譜有著很好的吸收性能。目前有關還原的石墨烯氧化物(RGO)對太陽光譜吸收性的應用研究報道很少，并且還沒有報道將RGO應用在太陽能吸收涂層中。
發明內容
本發明提供了一種吸收率高、熱穩定性相對較好的寬光譜太陽能吸收涂層。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種寬光譜太陽能吸收涂層，包括紅外反射層和覆蓋在紅外反射層上的吸收層；所述的紅外反射層為加工成鏡面的基底；所述的吸收層由重量百分比5% 20%的還原的石墨烯氧化物和重量百分比80% 95%的乙烯-醋酸乙烯共聚物組成。
將還原的石墨烯氧化物(RGO)摻入到具有良好加工性和耐候性的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)中形成復合物，作為吸收層，使得寬光譜太陽能吸收涂層對太陽能具有良好的吸收性。為了取得更好的發明效果，以下作為本發明的優選所述的吸收層的厚度為20 iim 200 iim，該厚度的吸收層，對太陽能具有更好的吸收性。所述的加工成鏡面的基底為覆蓋有銅膜的玻璃片、拋光成鏡面的銅片或者拋光成鏡面的不銹鋼片。將銅片或者不銹鋼片進行拋光處理(物理拋光或者化學拋光)達到鏡面效果，得到拋光成鏡面的銅片或者拋光成鏡面的不銹鋼片，也可以在玻璃片上經過磁控濺射技術制備銅膜得到覆蓋有銅膜的玻璃片。加工成鏡面的基底作為基底兼作紅外反射層。所述的還原的石墨烯氧化物可直接選用市售產品。所述的吸收層由重量百分比10% 12%的還原的石墨烯氧化物和重量百分比88% 90%的乙烯-醋酸乙烯共聚物組成。在該含量的組分下，吸收層的反射率更低，吸收效果更好。所述的乙烯-醋酸乙烯共聚物可選用市售的通用牌號。本發明還提供了一種寬光譜太陽能吸收涂層的制備方法，操作方便，制作工藝簡單，生產周期短。所述的寬光譜太陽能吸收涂層的制備方法，包括以下步驟將基底加工成鏡面后，再用還原的石墨烯氧化物和乙烯-醋酸乙烯共聚物采用溶劑刮膜法或熔融壓制法制備吸收層，得到寬光譜太陽能吸收涂層。所述的溶劑刮膜法包括以下步驟將乙烯-醋酸乙烯共聚物溶于甲苯得到乙烯-醋酸乙烯共聚物甲苯溶液，向乙烯-醋酸乙烯共聚物甲苯溶液中加入還原的石墨烯氧化物，超聲分散形成混合液，然后將混合液傾倒于加工成鏡面的基底上進行刮膜制備吸收層，得到寬光譜太陽能吸收涂層。作為優選，所述的乙烯-醋酸乙烯共聚物甲苯溶液中乙烯-醋酸乙烯共聚物的重量百分含量為9% 12. 5%;所述的超聲分散的條件在超聲功率550w 650w下超聲2 3分鐘，使得制備的吸收層中RGO片層均勻分散在EVA分子中，從而使得吸收層具有更高的吸收率和更好的熱穩定性。所述的熔融壓制法包括以下步驟將還原的石墨烯氧化物加入到經過加熱熔融的乙烯-醋酸乙烯共聚物熔體中，混合均勻，得到混合熔體，再將混合熔體置于加工成鏡面的基底上，經液壓機壓制成膜制備吸收層，冷卻后得到寬光譜太陽能吸收涂層；作為優選，所述的加熱熔融的溫度為100°C 150°C，使得制備的吸收層中RGO片層均勻分散在EVA分子中，從而使得吸收層具有更高的吸收率和更好的熱穩定性。
或者，將還原的石墨烯氧化物和乙烯-醋酸乙烯共聚物加入到封閉密煉機中進行密煉混勻，制得胚型塑膠，之后將胚型塑膠置于加工成鏡面的基底上，經液壓機壓制成膜制備吸收層，冷卻后得到寬光譜太陽能吸收涂層。作為優選，所述的密煉的條件為在90°C 100°C密煉3 5分鐘，使得制備的吸收層中RGO片層均勻分散在EVA分子中，從而使得吸收層具有更高的吸收率和更好的熱穩定性。與現有的技術相比，本發明具有如下優點本發明寬光譜太陽能吸收涂層由紅外反射層，RGO與EVA均勻分散形成的吸收層組成。該寬光譜太陽能吸收涂層結構簡單，因石墨烯的加入而使得形成的吸收層有很好的韌性，因EVA的加入使得形成的吸收層有很好的加工性，該寬光譜太陽能吸收涂層具有吸收率高、熱穩定性相對較好、耐候性好等優點，特別適合用于太陽能光熱轉換系統，有利于市場化推廣和應用，具有廣闊的應用前景。而且在0 IOOOOnm的光譜范圍內，反射率的值在0 0. 2范圍內，表明本發明寬光譜太陽能吸收涂層有著很好的吸收效果。本發明寬光譜太陽能吸收涂層的制備方法，制備工藝簡單，操作方便，易于控制，能夠顯著降低生產成本，易于工業化大規模生產，具有較好的經濟效益。
圖I為本發明寬光譜太陽能吸收涂層的結構示意圖；圖2為實施例2中的寬光譜太陽能吸收涂層的反射率曲線圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細描述。如圖I所示，為寬光譜太陽能吸收涂層，包括紅外反射層I和覆蓋在紅外反射層I上的吸收層2 ;其中，紅外反射層I為加工成鏡面的基底，吸收層2由重量百分比5% 20%的還原的石墨烯氧化物和重量百分比80% 95%的乙烯-醋酸乙烯共聚物組成。吸收層2的厚度為20 ii m 200 ii m。加工成鏡面的基底為覆蓋有銅膜的玻璃片、拋光成鏡面的銅片或者拋光成鏡面的不銹鋼片。實施例I將銅片進行拋光處理(物理拋光或者化學拋光)達到鏡面效果，由于拋光成鏡面的銅片的紅外反射率很高，因此，為了制作工藝的簡單，直接采用該拋光成鏡面的銅片作為基底兼作紅外反射層。選用具有優異加工性能和耐候性的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，以及還原的石墨烯氧化物(RGO)，采用美國杜邦生產的牌號為150的乙烯-醋酸乙烯共聚物，醋酸乙烯質量百分數為32%，熔體指數為43g/10min，密度為0. 967g/cm3，還原的石墨烯氧化物(RGO)為片層結構。 將銅片拋光成鏡面后，將IOg的乙烯-醋酸乙烯共聚物溶于86. 6g (即100ml)的甲苯得到乙烯-醋酸乙烯共聚物甲苯溶液，向乙烯-醋酸乙烯共聚物甲苯溶液中加入I. 2g的還原的石墨烯氧化物，在超聲功率600w下超聲分散3分鐘，形成混合液，然后將混合液傾倒于通有弱電流的拋光成鏡面的銅片上進行刮膜制備吸收層，得到寬光譜太陽能吸收涂層。制備的寬光譜太陽能吸收涂層中的吸收層，厚度為100iim±2iim，RGO片層均勻分散在EVA分子中，吸收層由重量百分比11%的還原的石墨烯氧化物和重量百分比89%的乙烯-醋酸乙烯共聚物組成。 本實例制備的寬光譜太陽能吸收涂層的性能如下在大氣質量因子AMl. 5條件下，在O IOOOOnm的光譜范圍內，反射率的值在0 0. 2范圍內，說明該寬光譜太陽能吸收涂層有著很好的吸收效果，該寬光譜太陽能吸收涂層的吸收率為0. 952，在大氣環境下穩定使用溫度在_5°C 70°C。實施例2將銅片進行拋光處理(物理拋光或者化學拋光)達到鏡面效果，由于拋光成鏡面的銅片的紅外反射率很高，因此，為了制作工藝的簡單，直接采用該拋光成鏡面的銅片作為基底兼作紅外反射層。選用具有優異加工性能和耐候性的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，以及還原的石墨烯氧化物(RGO)，采用美國杜邦生產的牌號為150的乙烯-醋酸乙烯共聚物，醋酸乙烯質量百分數為32%，熔體指數為43g/10min，密度為0. 967g/cm3，還原的石墨烯氧化物(RGO)為片層結構。
將銅片拋光成鏡面后，將I. 2g還原的石墨烯氧化物加入到經過加熱熔融(加熱熔融的溫度為130°C )的IOg乙烯-醋酸乙烯共聚物熔體中，混合均勻，得到混合熔體，再將混合熔體置于拋光成鏡面的銅片上，經液壓機壓制成膜制備吸收層，自然冷卻后得到寬光譜太陽能吸收涂層；制備的寬光譜太陽能吸收涂層中的吸收層，厚度為100iim±2iim，RGO片層均勻分散在EVA分子中，吸收層由重量百分比11%的還原的石墨烯氧化物和重量百分比89%的乙烯-醋酸乙烯共聚物組成。本實例制備的寬光譜太陽能吸收涂層的性能如下在大氣質量因子AMl. 5條件下，如圖2所示，在0 IOOOOnm的光譜范圍內，反射率的值在0 0. 2范圍內，說明該寬光譜太陽能吸收涂層有著很好的吸收效果，該寬光譜太陽能吸收涂層的吸收率為0. 956，在大氣環境下穩定使用溫度在-5V 70°C。實施例3將銅片進行拋光處理(物理拋光或者化學拋光)達到鏡面效果，由于拋光成鏡面的銅片的紅外反射率很高，因此，為了制作工藝的簡單，直接采用該拋光成鏡面的銅片作為基底兼作紅外反射層。選用具有優異加工性能和耐候性的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，以及還原的石墨烯氧化物(RGO)，采用美國杜邦生產的牌號為150的乙烯-醋酸乙烯共聚物，醋酸乙烯質量百分數為32%，熔體指數為43g/10min，密度為0. 967g/cm3，還原的石墨烯氧化物(RGO)為片層結構。將銅片拋光成鏡面后，將還原的石墨烯氧化物I. 2g和乙烯-醋酸乙烯共聚物IOg加入到封閉密煉機中在95°C密煉4分鐘，制得胚型塑膠，之后將胚型塑膠置于拋光成鏡面的銅片上，經液壓機壓制成膜，制備吸收層，自然冷卻后得到寬光譜太陽能吸收涂層。制備的寬光譜太陽能吸收涂層中的吸收層中，厚度為100iim±2iim，RGO片層均勻分散在EVA分子中，吸收層由重量百分比11%的還原的石墨烯氧化物和重量百分比89%的乙烯-醋酸乙烯共聚物組成。本實例制備的寬光譜太陽能吸收涂層的性能如下在大氣質量因子AMl. 5條件下，在0 IOOOOnm的光譜范圍內，反射率的值在0 0. 2范圍內，說明該寬光譜太陽能吸收涂層有著很好的吸收效果，該寬光譜太陽能吸收涂層的吸收率為0. 952，在大氣環境下穩定使用溫 度在_5°C 70°C。實施例中沒有展開來描寫的技術內容請參考磁控濺射技術和聚合物加工技術，為常規技術內容。
權利要求
1.一種寬光譜太陽能吸收涂層，其特征在于，包括紅外反射層和覆蓋在紅外反射層上的吸收層； 所述的紅外反射層為加工成鏡面的基底； 所述的吸收層由重量百分比5% 20%的還原的石墨烯氧化物和重量百分比80% 95%的こ烯-醋酸こ烯共聚物組成。
2.根據權利要求I所述的寬光譜太陽能吸收涂層，其特征在于，所述的吸收層的厚度為 20 μ m 200 μ m。
3.根據權利要求I所述的寬光譜太陽能吸收涂層，其特征在于，所述的加工成鏡面的基底為覆蓋有銅膜的玻璃片、拋光成鏡面的銅片或者拋光成鏡面的不銹鋼片。
4.根據權利要求I所述的寬光譜太陽能吸收涂層，其特征在于，所述的吸收層由重量百分比10% 12%的還原的石墨烯氧化物和重量百分比88% 90%的こ烯-醋酸こ烯共聚物組成。
5.根據權利要求I 4任一項所述的寬光譜太陽能吸收涂層的制備方法，其特征在干，包括以下步驟 將基底加工成鏡面后，再用還原的石墨烯氧化物和こ烯-醋酸こ烯共聚物采用溶劑刮膜法或熔融壓制法制備吸收層，得到寬光譜太陽能吸收涂層。
6.根據權利要求5所述的寬光譜太陽能吸收涂層的制備方法，其特征在于，所述的溶劑刮膜法包括以下步驟 將こ烯-醋酸こ烯共聚物溶于甲苯得到こ烯-醋酸こ烯共聚物甲苯溶液，向こ烯-醋酸こ烯共聚物甲苯溶液中加入還原的石墨烯氧化物，超聲分散形成混合液，然后將混合液傾倒于加工成鏡面的基底上進行刮膜制備吸收層，得到寬光譜太陽能吸收涂層。
7.根據權利要求6所述的寬光譜太陽能吸收涂層的制備方法，其特征在于，所述的こ烯-醋酸こ烯共聚物甲苯溶液中こ烯-醋酸こ烯共聚物的重量百分含量為9% 12.5% ； 所述的超聲分散的條件在超聲功率550w 650w下超聲2 3分鐘。
8.根據權利要求5所述的寬光譜太陽能吸收涂層的制備方法，其特征在于，所述的熔融壓制法包括以下步驟 將還原的石墨烯氧化物加入到經過加熱熔融的こ烯-醋酸こ烯共聚物熔體中，混合均勻，得到混合熔體，再將混合熔體置于加工成鏡面的基底上，經液壓機壓制成膜制備吸收層，冷卻后得到寬光譜太陽能吸收涂層； 或者， 將還原的石墨烯氧化物和こ烯-醋酸こ烯共聚物干密閉環境中密煉混勻，制得胚型塑膠，之后將胚型塑膠置于加工成鏡面的基底上，經液壓機壓制成膜制備吸收層，冷卻后得到寬光譜太陽能吸收涂層。
9.根據權利要求8所述的寬光譜太陽能吸收涂層的制備方法，其特征在于，所述的加熱熔融的溫度為100°C 150°C。
10.根據權利要求8所述的寬光譜太陽能吸收涂層的制備方法，其特征在于，所述的密煉的條件為在90°C 100°C密煉3 5分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種寬光譜太陽能吸收涂層，包括紅外反射層和覆蓋在紅外反射層上的吸收層；紅外反射層為加工成鏡面的基底；吸收層由重量百分比5％～20％的還原的石墨烯氧化物和80％～95％的乙烯-醋酸乙烯共聚物組成，本發明寬光譜太陽能吸收涂層具有吸收率高、熱穩定性相對較好、耐候性好等優點，特別適合用于太陽能光熱轉換系統，有利于市場化推廣和應用。本發明還公開了一種寬光譜太陽能吸收涂層的制備方法，包括以下步驟將基底加工成鏡面后，再用還原的石墨烯氧化物和乙烯-醋酸乙烯共聚物采用溶劑刮膜法或熔融壓制法制備吸收層，得到寬光譜太陽能吸收涂層。該方法制備工藝簡單，操作方便，易于控制，能夠顯著降低生產成本。
文檔編號C03C17/23GK102635964SQ20121009325
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月1日 優先權日2012年4月1日
發明者劉志敏, 吳亮, 孫喜蓮, 孫旭平, 曹鴻濤, 梁凌燕 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所