TiN/TiSiN/SiN太陽能選擇性吸收光熱涂層的研究

【摘要】：為了滿足可持續(xù)發(fā)展的需求,人們開始利用清潔能源替代化石能源。太陽能作為清潔能源的代表,越來越受到重視。太陽能集熱器是太陽能利用中應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最迅速的領(lǐng)域之一。平板型集熱器在我國相對較少,但其可以與建筑很好的結(jié)合,因此是太陽能熱水器未來發(fā)展的趨勢。太陽能選擇性吸收涂層對集熱器的光熱轉(zhuǎn)換至關(guān)重要,直接關(guān)系到集熱器的品質(zhì)。太陽能光譜選擇性吸收光熱涂層需要具備高的吸收率和低的發(fā)射率才能盡可能多地將低能量密度的太陽輻射能轉(zhuǎn)化為高能量密度的熱能。在我國現(xiàn)有太陽能光熱涂層生產(chǎn)條件下,研制無氧氣添加的新型光熱涂層有利于提高產(chǎn)品性能和降低生產(chǎn)成本。因此,如何制備適用于平板太陽能集熱器且有高的吸收率、低的發(fā)射率、耐溫性能優(yōu)異的無氧型光熱涂層是本課題關(guān)鍵問題所在?；谝陨媳尘?采用直流反應(yīng)磁控濺射技術(shù)在不銹鋼上制備包含Cu和不包含Cu層的TiN/TiSiN/SiN太陽能選擇性吸收光熱涂層。在這個體系中,SS/Cu與SS, TiN, TiSiN和SiN分別作為金屬反射層、高吸收層、低吸收層和減反層。在優(yōu)化條件下,制備了平均吸收率為0.95和平均半球發(fā)射率為0.04的含有Cu層的光熱涂層,其太陽能的品質(zhì)因子為23.8。直接沉積在不銹鋼上的TiN/TiSiN/SiN光熱涂層(不含銅層)的吸收率可達(dá)0.95,發(fā)射率和品質(zhì)因子雖不如Cu/TiN/TiSiN/SiN,但也可以分別達(dá)到0.10和9.5,完全滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。XRD分析表明Cu層為多晶結(jié)構(gòu),TiN、TiSiN和SiN層為非晶結(jié)構(gòu)。采用X射線光電子能譜(XPS)分析TiN/TiSiN/SiN光熱涂層每層的化學(xué)鍵合狀態(tài)。將光熱涂層在真空中加熱到700℃,光熱涂層的光熱性能沒有大的變化,并且采用拉曼光譜和原子力顯微鏡圖像來研究SS/TiN/TiSiN/SiN光熱涂層體系的熱穩(wěn)定性。此外,根據(jù)PC準(zhǔn)則,經(jīng)過空氣中150和300小時長時間熱處理,證明TiN/TiSiN/SiN光熱涂層具有很好的熱穩(wěn)定性。 【關(guān)鍵詞】：太陽能選擇性吸收光熱涂層 (Ti si)N TiN/TiSiN/SiN 光學(xué)特性 熱穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK513.1;TQ637
【目錄】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 太陽能選擇性吸收光熱涂層的基本概念14-15
• 1.3 太陽能選擇性吸收光熱涂層的分類及原理15-17
• 1.4 太陽能選擇性吸收光熱涂層的制備方法17-18
• 1.5 太陽能選擇性吸收光熱涂層研究現(xiàn)狀18-20
• 1.6 無氧添加型太陽能選擇性吸收光熱涂層20
• 1.7 主要研究內(nèi)容及研究目標(biāo)20-22
• 第二章 光熱涂層的制備和結(jié)構(gòu)性能表征22-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)研究路線流程圖22-23
• 2.2 磁控濺射技術(shù)23-25
• 2.3 實(shí)驗(yàn)與測試設(shè)備25-30
• 2.3.1 吸收率測試26-27
• 2.3.2 發(fā)射率測試27
• 2.3.3 涂層厚度測試27-28
• 2.3.4 X射線衍射測試28
• 2.3.5 拉曼光譜分析28
• 2.3.6 X射線光電子能譜(XPS)分析28-29
• 2.3.7 涂層表面形貌分析29-30
• 2.4 實(shí)驗(yàn)材料30
• 2.5 基片的選擇與處理30-31
• 2.5.1 基片的選擇30-31
• 2.5.2 基片的清洗31
• 2.6 材料體系的設(shè)計(jì)31-32
• 2.7 涂層成分的選擇32-34
• 第三章 光熱涂層的工藝參數(shù)優(yōu)化34-46
• 3.1 銅層的優(yōu)化設(shè)計(jì)34-37
• 3.1.1 銅層鍍膜溫度的優(yōu)化34-35
• 3.1.2 銅層鍍膜時間的優(yōu)化35-36
• 3.1.3 銅層鍍膜電流的優(yōu)化36-37
• 3.2 TiN/TiSiN/SiN層厚度的優(yōu)化37-41
• 3.2.1 TiN層鍍膜時間的優(yōu)化38-39
• 3.2.2 TiSiN層鍍膜時間的優(yōu)化39-40
• 3.2.3 SiN層鍍膜時間的優(yōu)化40-41
• 3.3 TiSiN層成分比例的調(diào)控41-43
• 3.3.1 TiSiN層中Ti靶電流的調(diào)控41-42
• 3.3.2 TiSiN層中Si靶電流的調(diào)控42-43
• 3.4 實(shí)驗(yàn)樣品穩(wěn)定性的驗(yàn)證43-44
• 3.5 本章小結(jié)44-46
• 第四章 光熱涂層的分析測試46-58
• 4.1 Cu/TiN/TiSiN/SiN太陽能選擇性吸收光熱涂層分層疊加性能分析46-48
• 4.2 光熱涂層厚度的測量48-49
• 4.3 光熱涂層晶型的測試49
• 4.4 光熱涂層鍵合類型的測試49-52
• 4.5 光熱涂層熱穩(wěn)定性的測試52-56
• 4.5.1 真空中耐溫測試52-53
• 4.5.2 空氣中耐溫測試53-54
• 4.5.3 拉曼光譜測試54-55
• 4.5.4 原子力顯微鏡測試55-56
• 4.6 本章小結(jié)56-58
• 第五章 結(jié)論與展望58-60
• 5.1 結(jié)論58
• 5.2 展望58-59
• 5.3 創(chuàng)新點(diǎn)59-60
• 參考文獻(xiàn)60-66
• 致謝66-68
• 附錄Ⅰ：攻讀碩士期間論文專利和取得的其他成果68-70
• 附件70

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