一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层，吸收涂层自内向外具有三层结构，第一层为基材，第二层为纳米陶瓷吸收层，第三层为减反层，所述基材为不锈钢基片，所述纳米陶瓷吸收层材料的组分中包括成膜物、发色体和溶剂，所述减反层为TiO2薄膜。本发明的纳米陶瓷吸收层材料釆用纳米级颜料，该涂层材料具有光谱选择性和可见光吸收率高及发射率低的良好性能。本发明在吸收层外添加了TiO2减反层薄膜，不仅提高了吸收率，同时也提高了太阳能选择性吸收涂层的整体抗腐蚀性能。
【专利说明】一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能【技术领域】，涉及一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层。
【背景技术】
[0002]太阳能的热利用是太阳能利用的一种重要形式。随着国家对节能减排的投入，以及能源短缺的问题逐渐浮出水面，对太阳能的热利用研究越来越广泛。故太阳能及太阳能热利用将会有更加广阔的发展前景。
[0003]选择性吸收层是光吸收体系中用于吸收光能的核心功能部分，通常用于太阳能集热元件或太阳能选择性吸收涂层体系中。制备一种优良的选择性吸收涂层关键在于选择具有较佳的太阳光谱选择性的材料和制备工艺。
[0004]纳米陶瓷粉体是介于固体与分子之间的具有纳米数量级(0.1?IOOnm)尺寸的亚稳态中间物质。随着粉体的超细化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了块状材料所不具有的特殊的效应。纳米粉体材料具有以下的优良性能:极小的粒径、大的比表面积和高的化学性能，可以显著降低材料的烧结温度、节能能源；使陶瓷材料的组成结构致密化、均匀化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用可靠性；可以从纳米材料的结构层次(I?IOOnm)上控制材料的成分和结构，有利于充分发挥陶瓷材料的潜在性能。另外，由于陶瓷粉料的颗粒大小决定了陶瓷材料的微观结构和宏观性能。如果粉料的颗粒堆积均匀，烧成收缩一致且晶粒均匀长大，那么颗粒越小产生的缺陷越小，所制备的材料的强度就相应越高，这就可能出现一些大颗粒材料所不具备的独特性能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种具有光谱选择性、可见光吸收率高且发射率低的具有陶瓷涂层的太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层。
[0006]本发明的上述目的是通过如下方案实现的:
[0007]—种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层，所述吸收涂层自内向外具有三层结构，第一层为基材，第二层为纳米陶瓷吸收层，第三层为减反层，所述基材为不锈钢基片，所述纳米陶瓷吸收层材料的组分中包括成膜物、发色体和溶剂，所述减反层为TiO2薄膜。
[0008]作为本发明的改进，上述成膜物为丙烯酸树脂材料，所述发色体为纳米级颜料，所述溶剂是由二甲苯和乙二醇苯醚组成的混合溶剂，所述成膜物与发色体和溶剂的重量比为4 ?5:6 ?8:12 ?13。
[0009]作为本发明的改进，上述成膜物与发色体和溶剂的重量比为4:6:12。
[0010]作为本发明进一步的改进,上述纳米级颜料由纳米级钛、纳米级镍、纳米级氧化铜和纳米级氧化锰粉体组成，所述纳米级钛与纳米级镍、纳米级氧化铜和纳米级氧化锰的重量比为I?1.2:1?1.2:2?2.6:2?2.6。
[0011]更进一步地,上述纳米级钛与纳米级镍、纳米级氧化铜和纳米级氧化猛的重量比为 1:1:2:2。[0012]上述减反层采用溶胶-凝胶法制备。
[0013]纳米陶瓷吸收层的制备方法如下:
[0014]按上述纳米陶瓷吸收层材料称取各组分，倒入分散研磨机中研磨20?30小时形成均匀的分散体系后，喷涂于不锈钢基片即可，所述涂层厚度控制在3?5微米。
[0015]减反层采用溶胶-凝胶法制备，制备方法如下:
[0016](I)纳米陶瓷吸收层表面清理:将上述制备好的纳米陶瓷吸收层以蒸馏水清洗后，于室温下干燥后备用；
[0017](2)溶胶制备:以钛酸四丁酯为Ti源，无水乙醇为溶剂，二乙醇胺为缓蚀剂配置溶胶，三种成分物质的量的比为(10?30ml):(60?80ml): (2?8ml);
[0018](3)减反层薄膜制备:在纳米陶瓷吸收层清洁表面上提拉镀膜，控制提拉速度和提拉次数获得厚度100?300nm的薄膜，将薄膜置于300?400°C下退火60?90min，由此在复合氧化物吸收层上制备出TiO2减反射薄膜。
[0019]与现有技术相比，本发明具有的有益效果为:
[0020]1、本发明的纳米陶瓷吸收层材料釆用纳米级颜料，该涂层材料具有光谱选择性和可见光吸收率高及发射率低的良好性能。
[0021]2、本发明的纳米陶瓷吸收层的制备工艺简单，研磨形成分散体系后直接喷涂于太阳能吸热板芯向阳面即可，无需特别设备，制备成本低廉，涂层表面硬度高、耐高温，保证了较高的热电转换效率及高的使用强度。
[0022]3、本发明在吸收层外添加了 TiO2减反层薄膜，该TiO2减反层表面的晶粒细小，排列紧密，不仅提高了吸收率，同时也可以对吸收层起到封孔作用，提高了太阳能选择性吸收涂层的整体抗腐蚀性能。
【具体实施方式】
[0023]为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0024]如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练入员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
[0025]实施例1
[0026]一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层，所述吸收涂层自内向外具有三层结构，第一层为基材，第二层为纳米陶瓷吸收层，第三层为减反层，所述基材为不锈钢基片，所述纳米陶瓷吸收层材料的组分中包括成膜物、发色体和溶剂，所述减反层为TiO2薄膜。
[0027]纳米陶瓷吸收层材料的各组分重量比为:丙烯酸树脂:纳米级钛:纳米级镍:纳米级氧化铜:纳米级氧化猛:溶剂=4:1:1:2:2:12o
[0028]制备纳米陶瓷吸收层时，按上述的配比称取各组分，倒入分散研磨机中研磨20小时形成均匀的分散体系后，喷涂于不锈钢基片即可，所述纳米陶瓷吸收层厚度控制在3?4微米。
[0029]减反层采用溶胶-凝胶法制备，具体如下:[0030](I)纳米陶瓷吸收层表面清理:将上述制备好的纳米陶瓷吸收层以蒸馏水清洗后，于室温下干燥后备用；
[0031](2)溶胶制备:以钛酸四丁酯为Ti源，无水乙醇为溶剂，二乙醇胺为缓蚀剂配置溶胶，三种成分物质的量的比为(10~30ml):(60~80ml): (2~8ml);
[0032](3)减反层薄膜制备:在纳米陶瓷吸收层清洁表面上提拉镀膜，控制提拉速度和提拉次数获得厚度100~300nm的薄膜，将薄膜置于300~400°C下退火60~90min，由此在复合氧化物吸收层上制备出TiO2减反射薄膜。
[0033]所制得的一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层的检测结果如下:
[0034]太阳吸收比为0.981 ;发射比≤0.040 (常温)。
[0035]实施例2
[0036]一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层，所述吸收涂层自内向外具有三层结构，第一层为基材，第二层为纳米陶瓷吸收层，第三层为减反层，所述基材为不锈钢基片，所述纳米陶瓷吸收层材料的组分中包括成膜物、发色体和溶剂，所述减反层为TiO2薄膜。
[0037]纳米陶瓷吸收层材料的各组分重量比为:丙烯酸树脂:纳米级钛:纳米级镍:纳米级氧化铜:纳米级氧化猛:溶剂=5:1:1:2:2:13o
[0038]制备纳米陶瓷吸收层时，按上述的配比称取各组分，倒入分散研磨机中研磨20小时形成均匀的分散体系后，喷涂于不锈钢基片即可，所述纳米陶瓷吸收层厚度控制在3~4微米。
[0039]减反层采用溶胶-凝胶法制备，具体如下:
[0040](I)纳米陶瓷吸收层表面清理:将上述制备好的纳米陶瓷吸收层以蒸馏水清洗后，于室温下干燥后备用；
[0041](2)溶胶制备:以钛酸四丁酯为Ti源，无水乙醇为溶剂，二乙醇胺为缓蚀剂配置溶胶，三种成分物质的量的比为(10~30ml):(60~80ml): (2~8ml);
[0042](3)减反层薄膜制备:在纳米陶瓷吸收层清洁表面上提拉镀膜，控制提拉速度和提拉次数获得厚度100~300nm的薄膜，将薄膜置于300~400°C下退火60~90min，由此在复合氧化物吸收层上制备出TiO2减反射薄膜。
[0043]所制得的一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层的检测结果如下:
[0044]太阳吸收比为0.971 ;发射比≤0.039 (常温)。
[0045]实施例3
[0046]—种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层，所述吸收涂层自内向外具有三层结构，第一层为基材，第二层为纳米陶瓷吸收层，第三层为减反层，所述基材为不锈钢基片，所述纳米陶瓷吸收层材料的组分中包括成膜物、发色体和溶剂，所述减反层为TiO2薄膜。
[0047]纳米陶瓷吸收层材料的各组分重量比为:丙烯酸树脂:纳米级钛:纳米级镍:纳米级氧化铜:纳米级氧化锰:溶剂=4:1.2:1.2:2.6:2.6:12。
[0048]制备纳米陶瓷吸收层时，按上述的配比称取各组分，倒入分散研磨机中研磨20小时形成均匀的分散体系后，喷涂于不锈钢基片即可，所述纳米陶瓷吸收层厚度控制在3~4微米。
[0049]减反层采用溶胶-凝胶法制备，具体如下:
[0050](I)纳米陶瓷吸收层表面清理:将上述制备好的纳米陶瓷吸收层以蒸馏水清洗后，于室温下干燥后备用；
[0051](2)溶胶制备:以钛酸四丁酯为Ti源，无水乙醇为溶剂，二乙醇胺为缓蚀剂配置溶胶，三种成分物质的量的比为(10~30ml):(60~80ml): (2~8ml);
[0052](3)减反层薄膜制备:在纳米陶瓷吸收层清洁表面上提拉镀膜，控制提拉速度和提拉次数获得厚度100~300nm的薄膜，将薄膜置于300~400°C下退火60~90min，由此在复合氧化物吸收层上制备出TiO2减反射薄膜。
[0053]所制得的一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层的检测结果如下:
[0054]太阳吸收比为0.960 ;发射比≤0.040 (常温)。
[0055]实施例4
[0056]一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层，所述吸收涂层自内向外具有三层结构，第一层为基材，第二层为纳米陶瓷吸收层，第三层为减反层，所述基材为不锈钢基片，所述纳米陶瓷吸收层材料的组分中包括成膜物、发色体和溶剂，所述减反层为TiO2薄膜。
[0057]纳米陶瓷吸收层材料的各组分重量比为:丙烯酸树脂:纳米级钛:纳米级镍:纳米级氧化铜:纳米级氧化锰:溶剂=5:1.2:1.2:2.6:2.6:12。
[0058]制备纳米陶瓷吸收层时，按上述的配比称取各组分，倒入分散研磨机中研磨20小时形成均匀的分散体系后，喷涂于不锈钢基片即可，所述纳米陶瓷吸收层厚度控制在3~4微米。
[0059]减反层采用溶胶-凝胶法制备，具体如下:
[0060](I)纳米陶瓷吸收层表面清理:将上述制备好的纳米陶瓷吸收层以蒸馏水清洗后，于室温下干燥后备用；
[0061](2)溶胶制备:以钛酸四丁酯为Ti源，无水乙醇为溶剂，二乙醇胺为缓蚀剂配置溶胶，三种成分物质的量的比为(10~30ml):(60~80ml): (2~8ml);
[0062](3)减反层薄膜制备:在纳米陶瓷吸收层清洁表面上提拉镀膜，控制提拉速度和提拉次数获得厚度100~300nm的薄膜，将薄膜置于300~400°C下退火60~90min，由此在复合氧化物吸收层上制备出TiO2减反射薄膜。
[0063]所制得的一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层的检测结果如下:
[0064]太阳吸收比为0.950 ;发射比≤0.042 (常温)。
[0065]上述实施方式只是本发明的几个实例，不是用来限制发明的实施与权利范围，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括在本发明申请专利范围内。
【权利要求】
1.一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层，所述吸收涂层自内向外具有三层结构，第一层为基材，第二层为纳米陶瓷吸收层，第三层为减反层，其特征在于:所述基材为不锈钢基片，所述纳米陶瓷吸收层材料的组分中包括成膜物、发色体和溶剂，所述减反层为TiO2薄膜。
2.如权利要求1所述的一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层，其特征在于:所述成膜物为丙烯酸树脂材料，所述发色体为纳米级颜料，所述溶剂是由二甲苯和乙二醇苯醚组成的混合溶剂，所述成膜物与发色体和溶剂的重量比为4?5:6?8:12?13。
3.如权利要求1所述的一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层，其特征在于:所述成膜物与发色体和溶剂的重量比为4:6:12。
4.如权利要求1所述的一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层，其特征在于:所述纳米级颜料由纳米级钛、纳米级镍、纳米级氧化铜和纳米级氧化猛粉体组成，所述纳米级钛与纳米级镍、纳米级氧化铜和纳米级氧化锰的重量比为I?1.2:1?1.2:2?2.6:2?2.6。
5.如权利要求1所述的一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层，其特征在于:所述纳米级钛与纳米级镍、纳米级氧化铜和纳米级氧化锰的重量比为1:1:2:2。
6.如权利要求1所述的一种太阳能的纳米陶瓷选择性吸收涂层，其特征在于:所述减反层采用溶胶-凝胶法制备。
【文档编号】F24J2/48GK103542564SQ201310452386
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】黄长乐 申请人:安徽华印机电股份有限公司