專利名稱：一種柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復合膜的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復合膜，屬于表面工程技術領域。
背景技術：
在柔性金屬基底上鍍制多層膜構成的高吸熱型金屬陶瓷復合膜是一種太陽能選擇性吸收材料，具有高吸收發射比和高效吸熱的特點，在太陽能熱利用等領域具有廣闊的應用前景。但目前，太陽能選擇吸收膜的吸收層均為多層結構，需要多次鍍制，其工藝復雜。 經查證，太陽能選擇吸收膜的吸收層為一次連續卷繞鍍制且其中的金屬微粒體積分數在介質中呈連續梯度分布的金屬陶瓷吸收膜層，在國內外專利中均未有記載。
發明內容
本發明提供一種柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復合膜，該復合膜的吸收層為一層且其中的金屬微粒體積分數在介質中呈連續梯度分布。本發明的技術方案如下一種柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復合膜，由柔性金屬基底向復合膜表面依次包含反射層、吸收層和減反層，所述吸收層為M-Al2O3金屬陶瓷膜層，其中摻雜的金屬M微粒在被摻雜介質Al2O3中從內到外含量逐漸遞減，并呈梯度分布；所述 M 為金屬 Mo、Mn、Al、Au、Pt、Cu 或 SS。所述反射層為金屬Al膜層。所述減反層Al2O3膜層。本發明結構設計的原理如下
由于金屬陶瓷復合膜金屬微粒體積分數過高會引起發射率升高，為了獲得高吸收發射比的金屬陶瓷復合膜，在薄膜材料吸收系數較低即體積分數較低的情況下，應盡量利用干涉效應。為了增強干涉效果，應選擇對太陽光譜的反射率高的金屬作為反射層材料。反射膜的反射系數越高，金屬陶瓷復合膜中由于干涉作用吸收能量所占的比率越大。金屬反射層材料可選用Ag或Al，其中Ag對太陽光譜的反射率較高，但由于Ag易氧化，會影響制備出的薄膜的光學性能。而Al對太陽光譜的反射率也較高，且Al在大氣中的穩定性比Ag好， 因此選用Al作為反射層材料。在金屬Al膜上沉積一層有適當光學常數的金屬陶瓷膜層能夠得到較高的吸收率和接近金屬底層的發射率。通過調節金屬陶瓷膜厚度，可在一定范圍內得到所要求的太陽吸收率。根據選擇性吸收的原理，選擇M金屬微粒分散于Al2O3薄膜，這就改變了介質Al2O3 薄膜的折射率η、消光系數k的值，得到金屬陶瓷膜材料，它作為吸收薄膜。通過在高反射 Al金屬膜上鍍制具有一定厚度和體積分數的M-Al2O3金屬陶瓷膜，使得該材料在可見、近紅外波段具有很低的反射率，在紅外波段具有很高的反射率，即對可見、近紅外光的高吸收性和紅外波段低發射性。所以，本發明具有吸熱率高、紅外發射率低的特點，在太陽能熱利用領域具有廣闊的應用前景。
圖1為本發明的結構示意圖2為優化各膜層體積分數后復合膜的模擬光譜反射曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。本發明所述柔性金屬基底包括銅、鋁、不銹鋼等材料，所述金屬M為Mo、Mn、Al、Au、 Pt、Cu或SS ；該金屬M與Al2O3組成的任一梯度M- Al2O3金屬陶瓷膜層與所述柔性金屬基底的任意組合均為本發明所述的復合膜；
參照圖1，一種柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復合膜，由柔性金屬基底1向復合膜表面依次包含反射層、吸收層和減反層，所述反射層為金屬Al膜層2 ；所述吸收層為M-Al2O3 金屬陶瓷膜層3，其中摻雜的金屬M微粒在被摻雜介質Al2O3中從內到外含量逐漸遞減，并呈梯度分布，由此使整個復合膜具備高效吸熱特性；所述減反層為Al2O3膜層4。所述M為金屬 Mo、Mn、Al、Au、Pt、Cu 或 SS。設定所要制備出的柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復合膜的光學目標為太陽吸收率大于等于0. 9，發射率小于等于0. 1。為了實現此目標，通過光學計算結合光學設計軟件來優化各膜層的厚度，得出金屬陶瓷復合膜光譜反射率曲線，利用此曲線通過熱學公式計算出太陽吸收率和半球發射率，如果計算結果滿足事先的設定，那各膜層的厚度為可參考的厚度；由于各膜層的厚度組合結果有可能為幾種方案，需結合現有的鍍膜設備和工藝，找出切實可行的一組各膜層厚度組合作為實際鍍膜工藝參考。首先，利用TFcale光學設計軟件帶入初步確定的各個膜層的厚度值，并假定各膜層的體積分數，構建模型程序需要兩個隨波長變化的光學參數，即，折射率η和消光系數k 之后，對各膜層的厚度進行優化，得到理論計算的波長250nm到20mm范圍內整個膜系的反射率曲線，如圖2所示。通過優化各膜層厚度結果可知，金屬陶瓷膜層體積分數是由內層向多層膜表面逐漸減小。根據光譜反射曲線，利用數值計算的方法算出薄膜的半球發射率e (T)和太陽吸收率as是否滿足設計指標要求。如果計算結果滿足事先的設定，則該計算出的各膜層的厚度作為制備時的參考厚度。因為各膜層的厚度組合結果有可能為幾種方案， 需結合現有的鍍膜設備即工藝水平、條件，找出符合實際的最優各膜層厚度組合作為實際制備時的選用數據。其中，太陽吸收率as計算公式為
權利要求
1.一種柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復合膜，由柔性金屬基底向復合膜表面依次包含反射層、吸收層和減反層，其特征在于所述吸收層為M-Al2O3金屬陶瓷膜層，其中摻雜的金屬M微粒在被摻雜介質Al2O3中從內到外含量逐漸遞減，并呈梯度分布；所述M為金屬Mo、 Mn、Al、Au、Pt、Cu 或 SS。
2.如權利要求1所述的金屬陶瓷復合膜，其特征在于所述反射層為金屬Al膜層。
3.如權利要求1所述的金屬陶瓷復合膜，其特征在于所述減反層為Al2O3膜層。
全文摘要
本發明公開了一種柔性金屬基底高吸熱型金屬陶瓷復合膜，屬于表面工程技術領域。所述復合膜由柔性金屬基底向復合膜表面依次包含反射層、吸收層和減反層，所述吸收層為M-Al2O3金屬陶瓷膜層，其中摻雜的金屬M微粒在被摻雜介質Al2O3中從內到外含量逐漸遞減，并呈梯度分布由此使整個復合膜具備高效吸熱特性。本發明具有吸熱率高、紅外發射率低不易分解等特點，在太陽能熱利用領域具有廣闊的應用前景。
文檔編號B32B15/20GK102501461SQ201110354
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月10日 優先權日2011年11月10日
發明者馮煜東, 王志民, 王藝, 趙慨, 速小梅 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一〇研究所