一種適用于太陽能選擇性吸收的熱噴涂涂層減反層及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于涂層減反材料領域，具體涉及一種適用于太陽能選擇性吸收的熱噴涂 涂層減反層及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 太陽能是儲量巨大且無污染的清潔能源，太陽能熱利用技術在低溫領域已得到廣 泛應用，如太陽能熱水器；在中高溫領域，國內與國外存在較大差距，國內的光熱發電技術 起步較晚且商業化運作緩慢，現有的太陽能選擇性吸收涂層的制備方法很多，如磁控濺射， 只適用于真空環境狀態下，無法滿足大氣環境下中高溫環境需求，成本昂貴，工藝要求高， 只有少數能投入實際生產實踐，耐高溫和耐候性差；而化學鍍，電鍍等也存在各自的不足。 采用熱噴涂工藝制備中高溫太陽能選擇吸收涂層具有操作簡單，成本低，在自然環境中高 溫領域仍然具有較好的選擇吸收性能，可實現大批量生產的優勢，能夠推動商業化生產。但 熱噴涂涂層存在結構不夠致密、孔隙率高等問題，孔隙的存在使得涂層在大氣環境中高溫 條件下易發生氧化導致涂層剝落，涂層耐候性降低，增大紅外發射率，降低涂層的使用壽命 和光學性能，因此需要對吸收層涂層進行封孔處理；多層涂層結構具有較好的吸收發射比， 因此對涂層進行封孔后再增加一層減反層，增大可見光的透過率，減少反射，從而提高涂層 在可見光區的吸收率，進一步提高涂層的選擇性吸收性能，常見的減反層如Ti02、Sn02、Si02 等。。
[0003] 熱噴涂工藝制備的太陽能選擇性吸收層在非真空環境中長期服役會受到嚴重的 腐蝕，涂層耐候性和中高溫環境下的熱穩定性能變差，常見的減反層雖能增加可見光區的 透過率，但對涂層的保護效果并不理想，且在材料的選擇上多有限制，難以獲得滿意的效 果；多層結構的涂層在燒結過程中存在表面應力增大的現象，使得涂層在燒結后期出現裂 紋，影響涂層最終的光學選擇吸收性能。因此提高中高溫太陽能選擇吸收涂層的高溫穩定 性和耐腐蝕性，減小燒結過程中應力的產生，提高層間結合力和致密性，研究一種適用于熱 噴涂涂層的減反層變得尤為重要。
【發明內容】
[0004] 本發明針對現有技術的不足，目的在于提供一種適用于太陽能選擇性吸收的熱噴 涂涂層減反層及其制備方法。
[0005] 為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為：
[0006] -種適用于太陽能選擇性吸收的熱噴涂涂層減反層，其特征在于，所述熱噴涂涂 層減反層由單層CuMnOjl組成，或由內層為CuMnOJ1、外層為SnO2層的復合雙層組成。
[0007] 上述方案中，所述CuMnOx層由CuMnOx復合溶膠制備而成，所述CuMnOx復合溶膠是 由無定形狀態下的納米固體顆粒與CuMn0x溶膠共混制備所得。
[0008] 上述適用于太陽能選擇性吸收的熱噴涂涂層減反層的制備方法，其特征在于，包 括如下步驟：
[0009] 熱噴涂涂層減反層為單層CuMnOjl，其制備過程為：
[0010] (1) &^11〇：!復合溶膠的制備：①溶膠-凝膠法制備CuMnO^容膠：以Cu鹽和Μη鹽 為金屬陽離子源，乙醇為溶劑，按照Cu離子：Μη離子的摩爾比為1:1的比例配制溶液A;將 檸檬酸溶解于無水乙醇形成溶液B;將溶液A和溶液B混合均勻后調節混合溶液的pH值為 5. 5~6. 5,再經濃縮得到濃度為0· 2mol/L~0· 5mol/L的CuMnOx溶膠；②將CuMnOx溶膠和 乙醇按照1:3~1:4的比例混合，水浴攪拌至溶膠完全溶解，得到溶液C，向溶液C緩慢加入 納米固體顆粒，恒溫攪拌至固體顆粒完全分散，然后加入絡合劑，繼續恒溫攪拌，直至溶膠 的粘度為4~5mPa.s，得到CuMnOx復合溶膠；
[0011] (2)熱噴涂涂層減反層的制備：熱噴涂涂層試樣經表面處理后進行CuMnOx復合溶 膠的提拉鍍膜處理，重復提拉鍍膜處理工藝2~5次；然后經干燥、退火熱處理后，在熱噴涂 涂層試樣表面得到單層反層；或
[0012] 熱噴涂涂層減反層由內層為CuMnOjl、外層為SnOjl的復合雙層組成，其制備方 法為：
[0013] (1) &^11〇：!復合溶膠的制備：①溶膠-凝膠法制備CuMnO^容膠：以Cu鹽和Μη鹽 為金屬陽離子源，乙醇為溶劑，按照Cu離子：Μη離子的摩爾比為1:1的比例配制溶液A;將 檸檬酸溶解于無水乙醇形成溶液B;將溶液A和溶液B混合均勻后調節混合溶液的pH值為 5. 5~6. 5,濃縮得到濃度為0· 2mol/L~0· 5mol/L的CuMn0x溶膠；②將CuMn0x溶膠和乙醇 按照1:3~1:4的比例混合，水浴攪拌至溶膠完全溶解，得到溶液C，向溶液C緩慢加入納米 固體顆粒，恒溫攪拌至固體顆粒完全分散，然后加入絡合劑，繼續恒溫攪拌，直至溶膠的粘 度為4~5mPa.s，得到CuMn0x復合溶膠；
[0014] (2)Sn02溶膠的制備：將結晶四氯化錫溶解于去離子水，調節溶液pH值為3. 5~ 4. 5,制備得到濃度為0· 5mol/L的Sn02溶膠；
[0015] (3)熱噴涂涂層減反層的制備：①制備內層CuMnOji:熱噴涂涂層試樣經表面處 理后，進行CuMn0x復合溶膠的提拉鍍膜處理，重復提拉鍍膜處理工藝2~5次；然后經干燥、 退火熱處理后，在熱噴涂涂層試樣表面上得到內層CuMnOji;②制備外層SnOjl:表面覆 有內層CuMnOji的熱噴涂涂層試樣經清潔處理后，進行SnO2溶膠提拉鍍膜處理；再經快速 烘干、退火熱處理后，在熱噴涂涂層試樣表面得到內層為CuMn0x、外層為SnOjl的熱噴涂涂 層減反層。
[0016] 上述方案中，所述Cu、Μη金屬鹽為氯化鹽、硝酸鹽和醋酸鹽中的一種或幾種；所述 絡合劑為0Ρ10和聚乙二醇中的一種或兩種；所述納米固體顆粒為稀土氧化物或硅化合物， 所述稀土氧化物為氧化鋱、氧化硅、或氧化鍶，所述硅化合物為氧化硅。
[0017] 上述方案中，每100ml的溶液C中，所述納米固體顆粒的加入量為2g~2. 5g，絡合 劑的加入量為l〇ml~20ml。
[0018] 上述方案中，制備CuMnOji的過程中，所述熱噴涂涂層試樣經表面處理后涂層試 樣表面的粗糙度控制在50~80nm。
[0019] 上述方案中，制備CuMn0x層的過程中，所述提拉鍍膜處理的工藝為：以40~50mm/ min的速度浸入到CuMn0x復合溶膠中，浸漬時間為10s，提拉速度為50~60mm/min。
[0020] 上述方案中，制備CuMnOji的過程中，所述干燥處理的溫度為60~90°C，時間為 30~60min;所述退火熱處理為：升溫速度為1°C/min，熱處理溫度為450~550°C，熱處理 時間為90~120min。
[0021] 上述方案中，制備SnOjl的過程中，所述提拉鍍膜處理的工藝為：浸漬時間為 15s，提拉速度為40~50mm/min。
[0022] 上述方案中，制備SnOjl的過程中，所述快速烘干的溫度為110~120°C，時間 為15~30min;所述退火熱處理的工藝為：升溫速度為2. 5°C/min，熱處理溫度為450~ 550°C，熱處理時間為2h。
[0023] 本發明的有益效果如下：
[0024] (1)本發明采用溶膠凝膠法制備銅錳溶膠，將納米固體顆粒按一定比例加入到銅 錳溶膠中，形成固-液-固溶體；納米固體顆粒的釘扎作用可以緩解溶膠在熱處理過程中應 力過大的現象，防止裂紋的產生，使涂層更加致密；
[0025] (2)浸漬提拉法在熱噴涂涂層表面提拉鍍膜，后期經過干燥熱處理制備成結構穩 定的減反層，形成納米-微米多尺度涂層結構，納米固體顆粒的存在使減反層表面呈現微 不平結構，能有效的降低涂層在可見光區的反射率；或通過溶膠的封孔作用，對熱噴涂涂層 孔隙進行填充，使涂層更加致密，降低紅外波段發射率；
[0026] (3)高溫下納米固體顆粒與Cu、Mn金屬融為一體，熱處理過程中形成尖晶石結構， 尖晶石結構在高溫下成分不會發生變化，具有優良的熱穩定性；雙層結構中SnOjl的存在 可以進一步提高涂層的吸收率，同時對減反層起到保護的作用；
[0027] (4)本發明方法制備的熱噴涂涂層