Cr_2O_3太陽能選擇性吸收薄膜的制備與研究

【摘要】：在世界經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展和化石能源面臨枯竭的矛盾中,清潔的可再生能源的開發(fā)利用成為一種必然。本文對(duì)國內(nèi)外太陽能熱利用的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜合分析。研究了太陽能選擇性吸薄膜的基本原理與制備方法,并成功制備高吸收率、低發(fā)射率的Cr203選擇性吸收薄膜。 本文分別采用等離子噴涂和溶膠凝膠兩種方法制備Cr203太陽能選擇性能吸收涂層。研究了影響材料性能的主要因素。用Lambda 750型UV-Vis-NIR分光光度計(jì)和Tensor 27型BRUKER紅外光譜儀分別測試薄膜在可見-近紅外光譜區(qū)和紅外光譜區(qū)的反射光譜。 研究發(fā)現(xiàn),采用等離子噴涂法制備Cr/Cr2O3選擇性吸收薄膜。在不同金屬百分含量的涂層中,氧化鉻含量越高,涂層吸收率越高；金屬含量越高,薄膜的發(fā)射率越低。 其次對(duì)于溶膠凝膠法制備的Cr203溶膠。研究發(fā)現(xiàn),溶膠制備過程中,溶膠濃度、添加劑的加入、氨水滴加方式對(duì)薄膜性能的影響很大；對(duì)不銹鋼基體的表面處理分別采用噴砂處理和用氧化液腐蝕兩種不同的處理的方式,研究基表面不同的處理方式對(duì)薄膜性能的影響。 1、對(duì)不同的濃度Cr203溶膠,在基體表面成膜時(shí),0.3mol/L、0.25mol/L、0.2mol/L所形成的薄膜在晶化過程中容易形成裂紋,在加入添加劑控制溶膠反應(yīng)速度后,可以改善薄膜的表面形態(tài),但添加劑的存在對(duì)薄膜ε的影響很大。雖然后續(xù)的熱處理過程能夠除去大部分的有機(jī)物,但還是會(huì)有少量殘留在涂層內(nèi)部導(dǎo)致薄膜輻射率的提高。 2、為了提高溶膠與不銹鋼基體的結(jié)合力,本實(shí)驗(yàn)分別采用噴砂處理和用氧化液處理兩種方法,使不銹鋼表面形成一定粗糙度,起到應(yīng)力緩解和增加薄膜與基體結(jié)合力的作用。不銹鋼基體的表面形貌對(duì)薄膜α、ε影響很大。當(dāng)基體采用光亮不銹鋼時(shí),薄膜整體性能明顯提高,材料的性能得到質(zhì)的提高。對(duì)發(fā)射率的影響尤其明顯。薄膜發(fā)射率由0.4左右降低到0.27左右。隨著基體腐蝕時(shí)間的增長,薄膜吸收率整體呈現(xiàn)逐步增加；而輻射率卻是先減小后增大。α/ε則在腐蝕時(shí)間為40min時(shí)出現(xiàn)最大值。 【關(guān)鍵詞】：太陽能選擇吸收 溶膠凝膠法 不銹鋼表面處理 紅外反射 Cr_2O_3
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-18
• 1.1 課題背景8
• 1.2 太陽輻射能量8-9
• 1.3 太陽能選擇性吸收原理9-11
• 1.4 太陽能選擇吸收薄膜的分類11-12
• 1.5 制備方法12-14
• 1.6 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.7 課題研究內(nèi)容和意義15-18
• 1.7.1 課題研究主要內(nèi)容及存在問題15-16
• 1.7.2 課題研究意義16-18
• 第二章 試驗(yàn)材料、設(shè)備及方法18-26
• 2.1 試驗(yàn)原料18-19
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)備及測試儀器19-21
• 2.2.1 XRD分析19
• 2.2.2 TG-DSC分析19-20
• 2.2.3 SEM20
• 2.2.4 表面粗糙度的測定20
• 2.2.5 薄膜吸收率α、發(fā)射率ε的測定20-21
• 2.3 擬采取的技術(shù)路線21-26
• 2.3.1 等離子噴涂法制備Cr/Cr_2O_3選擇吸收涂層21-23
• 2.3.2 溶膠凝膠法制備Cr_2O_3選擇吸收薄膜23-26
• 2.3.2.1 Cr_2O_3溶膠的制備23
• 2.3.2.2 不銹鋼基體的表面預(yù)處理23-24
• 2.3.2.3 涂膜24-25
• 2.3.2.4 薄膜的干燥與燒結(jié)25-26
• 第三章 等離子噴涂法制備Cr/Cr_2O_3涂層26-34
• 3.1 等離子噴涂層的制備26-27
• 3.2 不同金屬體積分?jǐn)?shù)涂層性能的影響27-29
• 3.2.1 不同Cr金屬百分含量涂層XRD分析27-28
• 3.2.2 不同Cr金屬體積含量涂層的α、ε性能比較28-29
• 3.3 不同熱處理溫度對(duì)純Cr涂層α、ε影響29-32
• 3.3.1 不同熱處理溫度下Cr涂層XRD分析29-30
• 3.3.2 純金屬Cr噴涂層熱處理前后的表面形貌圖30-31
• 3.3.3 不同熱處理溫度下純金屬Cr噴涂層的α、ε31-32
• 3.4 本章小結(jié)32-34
• 第四章 Cr_2O_3溶膠的制備與研究34-42
• 4.1 Cr_2O_3溶膠的制備34-35
• 4.2 Cr_2O_3干凝膠熱分析35-36
• 4.3 溶膠制備影響因素36-39
• 4.3.1 氨水滴加方式對(duì)Cr_2O_3溶膠質(zhì)量的影響36-37
• 4.3.2 添加劑對(duì)薄膜性能的影響37-39
• 4.4 不同熱處理溫度對(duì)Cr_2O_3晶體的影響39-42
• 4.4.1 XRD39-40
• 4.4.2 不同熱處理溫度對(duì)干凝膠粉末的影響40-42
• 第五章 Cr_2O_3薄膜的制備與研究42-54
• 5.1 不同不銹鋼基體的處理方式42-44
• 5.1.1 不銹鋼基體表面處理后的SEM42-43
• 5.1.2 氧化液腐蝕43-44
• 5.2 不同的基體表面處理方式下材料的α、ε44-48
• 5.2.1 噴砂不銹鋼基體44-46
• 5.2.2 氧化液處理不銹鋼基體46-47
• 5.2.3 氧化液處理后Cr_2O_3薄膜的表面形貌圖47-48
• 5.3 拋光不銹鋼基體材料的吸收發(fā)射率結(jié)果48-52
• 5.3.1 表面粗糙度的測定48-50
• 5.3.2 拋光不銹鋼基體不同氧化液處理時(shí)間下薄膜性能測試50-52
• 5.4 Cr_2O_3薄膜抗熱震性試驗(yàn)52-54
• 第六章 結(jié)論與展望54-57
• 6.1 試驗(yàn)小結(jié)54-56
• 6.2 試驗(yàn)展望56-57
• 參考文獻(xiàn)57-60
• 致謝60-61
• 附錄61

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