一種中高溫太陽光譜選擇性吸收涂層制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光線吸收涂層的制備方法，更具體的說，尤其涉及一種中高溫太陽光譜選擇性吸收涂層制備方法。
【背景技術】
[0002]我國從80年代起就已經開始重視太陽能的利用和發展，迄今為止，像太陽能熱水器、太陽灶及太陽能烘干機等都有所應用，但是太陽能的熱利用要真正發展起來，還要克服許多技術難點，才能在與常規能源的競爭中取得絕對優勢，太陽能的中高溫利用，勢必使將來發展的重點，它打破以往單一低溫利用的局面，將在更廣闊領域展現身手。從制備工藝的角度講，用涂漆法制備吸收涂層成本很低，工藝設備簡單，耐環境能力強，重復性好，容易實現機械化生產，但由于涂層一般都在數微米以上，紅外發射能力不會很低，因而不可能獲得很理想的選擇性吸收表面，若能找到低發射率、高耐溫的粘合劑或者發展到不用粘合劑而能使顏料顆粒牢固附著于基材上，仍有一定發展的余地。
[0003]化學轉化法工藝簡單，且能制備出選擇性優良的涂層，但因多數涂層耐溫、耐濕性能差，所以較少適用于中高溫太陽能利用中。用電化學法制備的涂層性能極好，成本合理，適于大規模生產，其中的電解著色工藝，具有設備簡單、易于掌握，且生產耗能低，污染小，產品成本低等優點。電化學法在中高溫太陽能利用上有極大潛力可待挖掘。真空鍍膜技術可通過控制工藝條件而得到滿意的選擇性吸收涂層，且能產業化生產，但是成本高，工藝復雜，在將來一段時間內仍會占據重要的位置。近年來國內外相繼出現的用電鍍、真空蒸鍍、化學處理等方法制備的選擇性吸收涂層，這些涂層均具有較佳的光譜選擇性，然而美中不足的是這幾類涂層的制備工藝都較復雜，且成本較高。在我國目前條件下，使用這幾類選擇性涂層所帶來的效益往往又被種種不利因素抵消，以致事倍功半，甚至得不償失，因此難以在近期內得到推廣和應用。
[0004]從涂層的角度講，黑鉻涂層適合在高溫條件下使用，同時還具有較好的耐候性和耐腐蝕性。但現有的黑鉻工藝需要在高的電流密度(15?2000A/md3)和低的溫度(<25°C)下操作，因溶液的導電性差，生產時會產生大量的焦耳熱，所以需要冷卻才能維持正常生產，因而提高了成本。另外，電鍍黑鉻存在環境污染問題，且投資較大。黑鉆、黑鎳的耐腐蝕性差，黑漆材料熱發射比高，熱損失大，且難于清洗，它應用在平板型太陽能集熱器上性能尚好，但應用在真空管集熱器的吸熱板芯上，由于紅外發射率較高，所以熱損失較大。如PbsA/1A/1選擇性吸收膜，由于蒸發速率及膜厚很難精確控制，故紅外發射率不可能很低，且膜厚與基體結合較差。不銹鋼一碳/銅選擇性吸收膜具有良好的光學性能，。但耐磨及耐腐蝕性能較差。AINxoy選擇性吸收膜具有良好的耐磨及耐腐蝕性能。在450°C真空下性能不變，能滿足制作熱管式真空集熱管吸熱板芯的要求，并且光學性能優良。
[0005]而且，目前使用的太陽能吸收涂層大都為黑色，色彩單一，不美觀，缺乏裝飾性，不能使太陽能熱水器與建筑物在色調上協調一致，更不宜用作太陽房的吸熱涂層。因此，無論從功能及經濟角度來講，各種涂層材料都存在或多或少的劣勢。并且，很多涂層在高溫操作下性質變差，給太陽能熱利用帶來了一定困難。
[0006]根據當前太陽能利用的情況來看，低成本、高選擇性、污染小的中高溫涂層是我們所追求的，因此我們考慮用水溶液化學法和溶膠凝膠法在簡易條件下制備中高溫吸收涂層，探討它們在太陽能利用上的可行性。
【發明內容】
[0007]本發明為了克服上述技術問題的缺點，提供了一種中高溫太陽光譜選擇性吸收涂層制備方法。
[0008]本發明的中高溫太陽光譜選擇性吸收涂層制備方法，其特別之處在于，通過以下步驟來實現:a).鍍覆銅層，在利用太陽能輻射能的容器外表面鍍覆一層黃銅或紫銅，鍍覆的銅層作為硫化鉛PbS的附著層;b).銅層的化學除油，將質量濃度為10?16g/L的NaOH溶液、濃度為18?26g/L的Na2CO3溶液、濃度為8?10g/L的Na2PO4溶液等體積混合，形成足夠體積的除油液，并將除油液加熱至80?90°C，然后將容器浸入除油液中，使容器表面的銅層與除油液充分接觸，以將銅層表面的油除盡;c).銅層的清洗和干燥，首先用清水清洗除油完畢的銅層，然后再用蒸餾水清洗，最后用熱風機將清洗完畢的銅層吹干;d).銅層的刻蝕，配制出足夠體積的刻蝕液，將容器浸入刻蝕液中以使銅層與刻蝕液充分接觸，容器在刻蝕液中攪拌10?15s后取出，完成銅層的刻蝕，刻蝕后的銅層更容易附著PbS;e).銅層的清洗和干燥，首先用清水對刻蝕完畢的銅層清洗，然后再用蒸餾水清洗，最后用熱風機將清洗完畢的銅層吹干;f).銅層的拋光，配制出足夠體積的拋光液，將容器浸入拋光液中以使銅層與拋光液充分接觸，容器在刻蝕液中攪拌30?60s后取出，完成銅層的拋光，以便將刻蝕后銅層上的較大突起部分去除;g).蒸餾水的清洗，銅層刻蝕完畢后，用蒸餾水對容器表面的銅層進行清洗，直至將銅層的表面清洗干凈;h).利用稀硫酸對銅層清洗，刻蝕完畢的銅層用蒸餾水清洗完畢后，再將其浸入10%的出304溶液中攪拌5?10s; i).銅層最后的清洗和風干，首先用用蒸餾水對銅層清洗，最后用熱風機將清洗完畢的銅層吹干，以備鍍PbS層;j).化學溶液的制備，將等摩爾濃度的醋酸鉛溶液和硫脲溶液等體積混合，然后將其混合液置于水位為80?90°C的恒溫水槽中水浴加熱15?20min，完成化學鍍PbS溶液的制備；k).化學鍍PbS層，將容器放入步驟j)中制備的化學鍍PbS溶液中，并保證銅層全部浸入溶液中，然后不斷活動容器實現在溶液中的攪拌，攪拌的同時不斷加入4mol/L的NaOH溶液，反應20?30min后，將容器去除；然后用蒸餾水對銅層表面進行多次沖洗，最后用熱風機吹干銅層，即完成在銅層表面化學鍍PbS層；I).涂覆保護層，最后在PbS層上涂覆一層Ti02作為保護層，以延緩PbS層的氧化，并可提高PbS層的耐高溫性能和耐腐蝕性能。
[0009]本發明的中高溫太陽光譜選擇性吸收涂層制備方法，步驟d)中所述的刻蝕液按照過硫酸銨:氯化銨:吡啶為192g:30g:0.1mL的比例混合制得，步驟f)中刻蝕液按照98%的濃硫酸:30%的雙氧水:蒸餾水為2.5mL:200 mL:300 mL的比例混合制得。
[0010]本發明的有益效果是:本發明的中高溫太陽光譜選擇性吸收涂層制備方法，首先在吸收太陽能輻射能的容器外表面鍍覆一層銅層作為PbS的附著基底，然后經過刻蝕、拋光的處理后，使銅層的表面既形成了便于對PbS附著的“溝壑”，又使得銅層表面具有一定的光滑程度，易于形成平整、光滑的PbS層;在銅層的表面化學鍍PbS層后，再在PbS層的表面涂覆一層Ti02層，達到了延緩PbS層的氧化、提高PbS層的耐高溫性能和耐腐蝕性能的目的，通過本發明的方法制作出來的PbS涂層，具有更好的太陽光線吸收效果，又具有較低的輻射效率，有效提高了太陽能的利用率，更適于中高溫太陽能設備的利用。
【附圖說明】