利用磁過(guò)濾陰極真空弧沉積技術(shù)制備太陽(yáng)能高反射率薄膜材料

【摘要】：作為當(dāng)前備受矚目的可再生新能源之一，太陽(yáng)能的利用一直是世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。太陽(yáng)能光熱發(fā)電是一種主流的太陽(yáng)能利用方式，但其效率受制于核心部件聚光系統(tǒng)。針對(duì)聚光系統(tǒng)的研究已進(jìn)行了一百余年，目前制約其聚光效率進(jìn)一步提高的關(guān)鍵因素之一就是聚光系統(tǒng)中反射鏡鏡面面形的精度控制。具有優(yōu)異可成型性和高反射率的薄膜反射材料是解決這一問(wèn)題的較好方法。 磁過(guò)濾陰極真空弧沉積技術(shù)（FCVAD）是一種廣泛應(yīng)用于精密薄膜的薄膜制備方法，相比于其他薄膜制備方法具有成膜粒子均勻、沉積能量高等諸多優(yōu)勢(shì)，制備的薄膜具有薄膜質(zhì)量高、附著力好的優(yōu)點(diǎn)。本文創(chuàng)新性將FCVAD技術(shù)引入制備太陽(yáng)能高反射率薄膜材料，分別在玻璃和聚酯薄膜（PET）基材上制備了納米級(jí)別的鋁薄膜，探討了弧流、負(fù)壓、占空比和沉積庫(kù)侖數(shù)等FCVAD參數(shù)對(duì)反射率及膜厚的影響，利用紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)、掃描電鏡、臺(tái)階儀、拉脫法附著力測(cè)試儀等多種表征手段對(duì)所制備反射材料的反射性能、表面形貌和結(jié)構(gòu)、膜厚以及薄膜附著力進(jìn)行了相應(yīng)的研究。 結(jié)果表明：以玻璃作為基材時(shí)，鋁膜的厚度和反射性能主要受弧流、負(fù)壓、占空比和沉積庫(kù)侖數(shù)等FCVAD參數(shù)的影響。其中，鋁膜厚度與沉積庫(kù)侖數(shù)之間存在極好的線性正相關(guān)關(guān)系，與弧流呈正相關(guān)關(guān)系，與負(fù)壓和占空比則呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這些參數(shù)對(duì)于鋁膜厚度的影響主要通過(guò)影響成膜粒子大小、空間結(jié)構(gòu)致密性和表面排列實(shí)現(xiàn)。鋁膜反射率與沉積庫(kù)侖數(shù)之間的關(guān)系符合軟件模擬結(jié)果。在一定范圍內(nèi)反射率隨負(fù)壓的增大迅速增大，負(fù)壓到達(dá)一定值后保持穩(wěn)定，繼續(xù)增大則再次下降?；×鲗?duì)于反射率的影響并不顯著，在弧流較小范圍內(nèi)反射率隨弧流的增大反射率大幅增大，但隨后基本保持穩(wěn)定。反射率隨占空比的增大呈振蕩下降的趨勢(shì)。以上參數(shù)對(duì)于鋁膜反射率的影響主要通過(guò)對(duì)成膜顆粒平均粒徑、薄膜空間結(jié)構(gòu)致密性、薄膜表面均勻性和缺陷情況以及薄膜有效光學(xué)厚度、光學(xué)常數(shù)的影響來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，此情況下制備的反射材料薄膜附著力完全滿足實(shí)用要求。與磁控濺射技術(shù)相比，F(xiàn)CVAD制備反射薄膜在性能上具有顯著優(yōu)勢(shì)。 最后，對(duì)PET進(jìn)行了離子注入+離子束混合表面預(yù)處理之后再采用FCVAD技術(shù)進(jìn)行鋁膜的沉積，探索了以聚合物為基底的柔性太陽(yáng)能高反射率薄膜材料的制備，研究了表面預(yù)處理對(duì)該反射材料反射性能和薄膜附著力的影響。 【關(guān)鍵詞】：磁過(guò)濾陰極真空弧 太陽(yáng)能高反射率薄膜材料 膜厚控制 反射率 影響因素
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-30
• 1.1 課題背景11-14
• 1.2 光學(xué)薄膜制備技術(shù)概述14-23
• 1.2.1 真空蒸鍍法16-17
• 1.2.2 離子鍍法17-18
• 1.2.3 磁控濺射法18-19
• 1.2.4 溶膠-凝膠法19-20
• 1.2.5 離子束濺射沉積法20
• 1.2.6 離子束輔助沉積法20-21
• 1.2.7 化學(xué)氣相沉積法21
• 1.2.8 分子束外延法21-22
• 1.2.9 脈沖激光沉積法22
• 1.2.10 原子層沉積法22-23
• 1.3 金屬化聚合物表面改性概述23-27
• 1.3.1 離子束輻照24
• 1.3.2 等離子體處理24-25
• 1.3.3 離子注入25-26
• 1.3.4 化學(xué)法和光化學(xué)法26
• 1.3.5 準(zhǔn)分子激光刻蝕26-27
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容和意義27-30
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分30-45
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備30-34
• 2.1.1 MEVVA 源離子注入沉積復(fù)合鍍膜機(jī)30-33
• 2.1.2 磁控濺射沉積系統(tǒng)33-34
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料34
• 2.3 樣品制備34-38
• 2.3.1 基材預(yù)處理34-35
• 2.3.2 薄玻璃鋁反射鏡的制備35-37
• 2.3.3 柔性薄膜反射材料的制備37-38
• 2.4 理論模擬38-39
• 2.4.1 光學(xué)薄膜反射率理論模擬38
• 2.4.2 離子注入過(guò)程理論模擬38-39
• 2.5 分析測(cè)試39-45
• 2.5.1 材料反射率測(cè)試39-43
• 2.5.2 薄膜厚度的控制與測(cè)量43
• 2.5.3 薄膜表面形貌觀察43
• 2.5.4 薄膜附著力測(cè)試43-45
• 第三章 薄玻璃鋁反射鏡的性能研究45-70
• 3.1 FCVAD 鍍制鋁膜厚度的控制與影響因素分析45-53
• 3.1.1 鋁膜厚度隨負(fù)壓的變化45-48
• 3.1.2 鋁膜厚度隨占空比的變化48-50
• 3.1.3 鋁膜厚度隨弧流的變化50-52
• 3.1.4 鋁膜厚度隨沉積庫(kù)侖數(shù)的變化52-53
• 3.2 FCVAD 鍍制薄玻璃鋁反射鏡的反射性能分析53-62
• 3.2.1 鋁反射鏡的反射率隨厚度的變化53-54
• 3.2.2 鋁反射鏡的反射率隨沉積庫(kù)侖數(shù)的變化54-56
• 3.2.3 鋁反射鏡的反射率隨負(fù)壓的變化56-58
• 3.2.4 鋁反射鏡的反射率隨弧流的變化58-60
• 3.2.5 鋁反射鏡的反射率隨占空比的變化60-62
• 3.3 FCVAD 鍍制鋁膜附著力性能分析與研究62-63
• 3.4 兩種薄膜制備技術(shù)的比較63-68
• 3.5 本章小結(jié)68-70
• 第四章 柔性太陽(yáng)能高反射率薄膜材料的初步探討70-77
• 4.1 離子注入過(guò)程的理論模擬71-72
• 4.2 樣品的表面形貌觀察72-74
• 4.3 樣品的反射性能分析74
• 4.4 樣品的附著力性能分析74-75
• 4.5 本章小結(jié)75-77
• 結(jié)論77-79
• 參考文獻(xiàn)79-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果88-89
• 致謝89-90
• 附件90

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