太陽(yáng)能選擇吸收復(fù)合涂層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了太陽(yáng)能選擇吸收復(fù)合涂層，依次包括底層金屬片、熱擴(kuò)散阻擋層、吸收層和減反射層，其中熱擴(kuò)散阻擋層為Ta納米層，吸收層為AlN?Ag納米層，減反射層為AlN納米層。本發(fā)明將高熔點(diǎn)金屬Ta引入吸收涂層作為擴(kuò)散阻擋層，顯著提高了涂層的熱穩(wěn)性以及界面結(jié)合力。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單方便，可控性好，清潔無污染，適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。
【專利說明】
太陽(yáng)能選擇吸收復(fù)合涂層
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)光譜選擇吸收涂層，本發(fā)明還涉及這種太陽(yáng)光譜選擇吸收涂層的制備方法，屬于真空鍍膜技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能利用是當(dāng)前能源材料利用領(lǐng)域的前言課題。太陽(yáng)能具有可再生能源，清潔無污染、安全且取之不盡的優(yōu)點(diǎn)，把低品位的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成高品位的熱能，是太陽(yáng)能熱利用中的關(guān)鍵技術(shù)。太陽(yáng)能集熱器是可將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能的設(shè)備，其最核心部分是表面選擇性吸收涂層，這種涂層吸收太陽(yáng)能紫外到近紅外范圍內(nèi)的大部分光波，而在紅外波段則是強(qiáng)反射，自身紅外輻射率很低，是太陽(yáng)能集熱裝置的核心材料。欲得到高效的吸收涂層需解決兩個(gè)主要矛盾問題:一是太陽(yáng)光譜內(nèi)有盡可能高的吸收率α; 二是輻射波長(zhǎng)范圍內(nèi)有盡可能低的輻射損失，即低發(fā)射率ε。
[0003]目前，在我國(guó)廣泛應(yīng)用的選擇性涂層中，當(dāng)溫度較高時(shí)，發(fā)射率隨溫度急劇升高，而且膜層中金屬成分容易在高溫中擴(kuò)散，造成膜層的老化和脫落，導(dǎo)致了涂層吸收效率的損耗和使用壽命的縮短。如何提高吸收涂層的吸收率，降低發(fā)射率，提高其熱穩(wěn)定性成為亟需解決的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供太陽(yáng)能選擇吸收復(fù)合涂層。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:太陽(yáng)能選擇吸收復(fù)合涂層，依次包括底層金屬片、熱擴(kuò)散阻擋層、吸收層和減反射層，其特征在于:所述熱擴(kuò)散阻擋層為Ta納米層，吸收層為AlN-Ag納米層，減反射層為AlN納米層。
[0006]進(jìn)一步的，所述熱擴(kuò)散阻擋層Ta納米層的厚度為18?30nm，吸收層AlN-Ag納米層的總厚度為105nm，減反射層AlN納米層的厚度為50nmo
[0007]進(jìn)一步的，所述吸收層為單層吸收層或多層梯度吸收層;所述單層吸收層為AlN-Ag單層納米膜;所述多層梯度吸收層包含有7?16個(gè)周期膜層，以AlN-Ag為一個(gè)周期膜層，AlN層和Ag層為每一個(gè)周期膜層中的兩個(gè)亞層。
[0008]進(jìn)一步的，所述多個(gè)梯度周期層的梯度為AlN層厚度由底層向表面方向逐漸增加，Ag層厚度不變。
[0009]進(jìn)一步的，所述底層金屬片為Cu片。
[0010]本發(fā)明方法具有較好的重復(fù)性和可控性，操作簡(jiǎn)單方便，可控性好，清潔無污染，適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，熱穩(wěn)定高，綜合性能優(yōu)。
【附圖說明】
[0011 ]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0012]圖1為A1N/Ag三層梯度薄膜的XRD圖譜。
[0013]圖2為A1N/Ag三層梯度薄膜的EDX和SEM圖。
[0014]圖3為吸收涂層的吸收光譜圖。
[0015]圖4為吸收涂層的反射光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面的實(shí)施列可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。
[0017]實(shí)施例1
[0018]儀器準(zhǔn)備
[0019]—臺(tái)型號(hào)為JGP500A的磁控派射儀，該設(shè)備安裝三支φ 75mm永磁磁控革E，最大派射功率為500W; —臺(tái)四工位具有公轉(zhuǎn)功能的樣品轉(zhuǎn)盤，可實(shí)現(xiàn)三靶共濺射實(shí)驗(yàn);樣品既可加熱也可水冷，最高溫度可到達(dá)700°C，加熱速率可調(diào)范圍在10°C/min — 50°C/min，適用于制備多種不同材料薄膜;真空系統(tǒng)中配有一臺(tái)2XZ-8(8L/S)型機(jī)械栗和FF-200/1200渦淪分子栗，最高真空度可達(dá)到7.0 X 10—6Pa。
[0020]材料準(zhǔn)備
[0021 ] 濺射靶材分別為純度99.9wt %的Al、99.99wt %的Ag和99.9wt %的Ta，直徑均為75mm;襯底為拋光后的金屬Cu片。
[0022]制備涂層:采用直流磁控反應(yīng)濺射法制備兩組相同的納米多層梯度太陽(yáng)光譜選擇吸收涂層
[0023]先用乙醇和丙酮將Cu襯底依次進(jìn)行30min超聲清洗，以除去其表面灰塵和油漬，表面的污漬除了會(huì)影響薄膜與襯底的黏附性之外，還會(huì)直接影響到薄膜的結(jié)晶性，故襯底材料的清洗工作也是相當(dāng)關(guān)鍵的一步。
[0024]鍍膜前，對(duì)Al，Ag和Ta靶進(jìn)行20min的預(yù)濺射，以除去表面的氧化物等雜質(zhì)。
[0025]首先沉積一層厚度為Snm的非晶Ta膜作為擴(kuò)散阻擋層，設(shè)置沉積功率為150W;
[0026]接著沉積單層吸收層:通入反應(yīng)氣體N2氣，設(shè)置流量為1sccm，N與Al進(jìn)行反應(yīng)派射沉積AlN，沉積功率為200W，同時(shí)沉積金屬Ag，沉積功率為15W，控制單層厚度為105nm;
[0027]然后沉積一層厚度為60nm的純AlN減反射層，沉積功率設(shè)置為200W。
[0028]最后將一組樣品進(jìn)行普通熱退火處理。
[0029]將另一組樣品進(jìn)行電退火處理:設(shè)置電場(chǎng)強(qiáng)度為3kV/cm，電場(chǎng)溫度為250°C，將樣品放置電場(chǎng)中保溫lh。
[0030]實(shí)施例2
[0031]按照實(shí)施例1所述的方法進(jìn)行制備納米多層梯度太陽(yáng)光譜選擇吸收涂層，其中沉積吸收層時(shí)選擇沉積三層梯度吸收層:以AlN-Ag為一個(gè)沉積周期，設(shè)置周期值為3，選定亞層比例，按照單層吸收層沉積方法依次沉積AlN層和Ag層，沉積出來的三層梯度膜吸收層分別為AlN20nm-Ag5nm/AlN30nm-Ag5nm/AlN40nm-Ag5nm。
[0032]對(duì)于實(shí)施例2的吸收涂層進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征與光譜吸收性能測(cè)試:
[0033](I)吸收涂層的微觀結(jié)構(gòu)與成分采用XRD，EDX和SEM進(jìn)行了表征
[0034]如圖1所示:XRD圖譜中出現(xiàn)了A1N(3)(I)和Ag(2) (4) (5)層的特征峰，，但是峰寬較大，表明沉積態(tài)涂層中AlN和Ag的晶粒較小。
[0035]如圖2所示:EDX圖中可以看到Al(2)，Ag(2) (3)和N(I)的峰，其中Al含量較高；SEM圖看出薄膜表面光滑，無顆粒，均勻性較好。
[0036](2)利用紫外-可見光光度計(jì)測(cè)量和紅外光譜儀測(cè)量吸收涂層的光譜吸收與反射性能
[0037]如圖3所示，曲線4為鍍膜后AlN-Ag單層薄膜，曲線2為鍍膜后AlN-Ag三層薄膜，曲線3為電場(chǎng)退火后的AlN-Ag單層薄膜，曲線I為電場(chǎng)退火后的AlN-Ag三層薄膜。由此可見，在紫外-可見光(0.3-2.Ομπι)區(qū)間，涂層具有較高的吸收性能，其中電場(chǎng)退火處理的多層梯度膜的吸收率最高；
[0038]如圖4所示，是涂層反射光譜圖，曲線e為鍍膜后AlN-Ag單層薄膜，曲線d為鍍膜后AlN-Ag三層薄膜，曲線c為熱退火后的AlN-Ag單層薄膜，曲線b為熱退火后的AlN-Ag三層薄膜，曲線a為電場(chǎng)退火后的AlN-Ag三層薄膜，曲線I為熱退火后的AlN-Ag三層薄膜，曲線2為電場(chǎng)退火后的AlN-Ag三層薄膜?？梢钥闯?，在紫外-可見光區(qū)間涂層具有較低的反射率，而在紅外光譜區(qū)間，反射率急劇升高，并且隨著退火的處理，反射率也增加，其中電場(chǎng)退火處理的多層梯度膜具有最高的反射率，由此表明，電場(chǎng)處理的多層梯度膜具有最高的吸收率與最低的發(fā)射率，綜合性能最佳。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.太陽(yáng)能選擇吸收復(fù)合涂層，依次包括底層金屬片、熱擴(kuò)散阻擋層、吸收層和減反射層，其特征在于:所述熱擴(kuò)散阻擋層為Ta納米層，吸收層為AlN-Ag納米層，減反射層為AlN納米層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能選擇吸收復(fù)合涂層，其特征在于:所述熱擴(kuò)散阻擋層Ta納米層的厚度為18?30nm，吸收層AlN-Ag納米層的總厚度為105nm，減反射層AlN納米層的厚度為50nmo3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽(yáng)能選擇吸收復(fù)合涂層，其特征在于:所述吸收層為單層吸收層或多層梯度吸收層;所述單層吸收層為AlN-Ag單層納米膜;所述多層梯度吸收層包含有7?16個(gè)周期膜層，以AlN-Ag為一個(gè)周期膜層，AlN層和Ag層為每一個(gè)周期膜層中的兩個(gè)亞層。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽(yáng)能選擇吸收復(fù)合涂層，其特征在于:所述多個(gè)梯度吸收層的梯度為AlN層厚度由底層向表面方向逐漸增加，Ag層厚度不變。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能選擇吸收復(fù)合涂層，其特征在于:所述底層金屬片為Cu片。
【文檔編號(hào)】C23C28/00GK106048608SQ201610552889
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月13日
【發(fā)明人】宗亞娟
【申請(qǐng)人】南通中興多元復(fù)合鋼管有限公司