中高溫非真空太陽能吸收涂層Mo-Cu/Al_2O_3制備及熱穩(wěn)定性研究

【摘要】：太陽能吸收涂層可以有效的提高光熱轉(zhuǎn)化效率。作為太陽能熱發(fā)電的重要技術(shù)之一，中高溫太陽能吸收涂層是太陽能熱利用領(lǐng)域的研究熱點，其應(yīng)用前景十分廣闊。本文針對目前中高溫涂層在實際應(yīng)用中存在的高溫下熱穩(wěn)定性差、成本高等問題，提出一種新的涂層制備工藝，制備了一種新型的適合在中高溫非真空條件下使用的復(fù)合涂層。 通過化學(xué)鍍銅技術(shù)，在納米鉬粉表面包覆一層銅，制備了Mo-Cu復(fù)合粉體，該粉體作為涂層的主吸收體材料；采用霧化造粒技術(shù)將納米Al_2O_3和Mo-Cu復(fù)合粉體制備成具有疏松納米微結(jié)構(gòu)的適合等離子噴涂的微米級復(fù)合粉粒；用等離子噴涂方法在預(yù)處理好的銅基底上噴涂制備厚度約為2.5μm的太陽能吸收涂層。這種涂層制備工藝采用常規(guī)的等離子噴涂方法，而非目前常用磁控濺射技術(shù)，大大降低了涂層的制備成本。 用紫外可見光-近紅外光譜儀測得不同熱處理溫度下涂層吸收率和發(fā)射率，發(fā)現(xiàn)在熱處理溫度低于600℃的時候涂層的吸收率和發(fā)射率無明顯的變化，其數(shù)值約為0.868和0.347，表明這種涂層具有良好的高溫光學(xué)性能。用SEM和EDS觀察分析不同退火溫度下（100℃、200℃、300℃、400℃、600℃、800℃、900℃）保溫2h處理后涂層表面形貌和成分，發(fā)現(xiàn)涂層的未溶區(qū)和半熔區(qū)存在團聚的納米顆粒，在熱處理溫度為800℃，由于基底中銅元素高溫下的擴散和氧化導(dǎo)致涂層中主要含銅氧兩種元素，同時涂層在900℃的高溫下依然無開裂、脫落現(xiàn)象。表明這種微結(jié)構(gòu)增加了涂層的韌性；該涂層在900℃以下高溫中具有良好熱穩(wěn)定性，可以作為一種理想的太陽能光熱發(fā)電、建筑節(jié)能的選擇性吸收涂層材料。 最后，探討了實驗工藝對涂層的性能的影響，發(fā)現(xiàn)復(fù)合粉體中金屬成分的體積比控制在30％以下，料漿中粘結(jié)劑的含量控制在3.2wt％以下，料漿含固量控制在40-60％之間，采用該種條件下制備的復(fù)合太陽能選擇性吸收涂層具有良好的性能。 【關(guān)鍵詞】：太陽能涂層 化學(xué)鍍銅 霧化造粒 等離子噴涂 鉬銅復(fù)合粉末
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TK512
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-25
• 1.1 引言10-11
• 1.2 太陽能利用現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 太陽能熱發(fā)電11-13
• 1.2.2 太陽能熱水系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.2.3 太陽能吸收涂層的發(fā)展15-16
• 1.3 中高溫太陽能吸收涂層的分類16-18
• 1.3.1 本征吸收涂層16
• 1.3.2 光干涉涂層16-17
• 1.3.3 金屬陶瓷涂層17
• 1.3.4 多層漸變涂層17-18
• 1.3.5 光學(xué)陷阱涂層18
• 1.4 太陽能吸收涂層的制備方法18-22
• 1.4.1 電化學(xué)法18-19
• 1.4.2 物理氣相沉積19-21
• 1.4.3 其它21-22
• 1.5 太陽能吸收涂層的最新研究進展22-24
• 1.5.1 國外研究現(xiàn)狀22
• 1.5.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀22-24
• 1.5.3 目前存在問題24
• 1.6 本文的主要研究內(nèi)容24-25
• 第2章 核殼結(jié)構(gòu)涂層的理論基礎(chǔ)25-28
• 2.1 涂層的光學(xué)原理25-26
• 2.2 理論基礎(chǔ)26-27
• 2.2.1 Mo、Cu、Al_2O_3的性能26
• 2.2.2 Mo-Cu 復(fù)合粉體制備26-27
• 2.2.3 納米團聚粉末等離子噴涂性能27
• 2.3 可行性分析27-28
• 第3章 Mo-Cu/Al_2O_3太陽能吸收涂層制備工藝28-38
• 3.1 Mo-Cu 化學(xué)鍍工藝28-33
• 3.1.1 實驗儀器28
• 3.1.2 實驗試劑28
• 3.1.3 化學(xué)鍍銅技術(shù)28-29
• 3.1.4 實驗過程29-32
• 3.1.5 實驗結(jié)果32-33
• 3.2 Mo/ Al_2O_3復(fù)合粉體霧化造粒工藝33-35
• 3.2.1 實驗儀器33-34
• 3.2.2 霧化造粒技術(shù)34
• 3.2.3 實驗過程34-35
• 3.3 等離子噴涂工藝35-38
• 3.3.1 實驗儀器35
• 3.3.2 實驗材料35-36
• 3.3.3 等離子噴涂納米涂層技術(shù)36
• 3.3.4 實驗過程36-38
• 第4章 實驗結(jié)果分析38-43
• 4.1 涂層熱穩(wěn)定性能38-41
• 4.2 涂層光學(xué)性能41-43
• 第5章 實驗工藝對涂層性能影響43-46
• 5.1 復(fù)合粉末中的金屬含量對涂層性能影響43
• 5.2 粘結(jié)劑對涂層性能的影響43-44
• 5.3 料將含固量對涂層性能影響44
• 5.4 等離子噴涂對涂層性能影響44-46
• 結(jié)論46-47
• 參考文獻47-53
• 致謝53-54
• 附錄 1 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文54-55
• 附錄 2 申請專利55

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