太陽能吸熱器涂層材料有哪些

【專家解說】：太陽能吸收涂層對太陽能利用的技術(shù)經(jīng)濟性能影響很大，為提高太陽能裝置的效率、降低成本，各國太陽能科技工作者對研究、開發(fā)太陽能吸收涂層都十分重視，研制成多種涂層，有的已用于生產(chǎn)，取得了良好效果。 1　電鍍涂層 　　黑鉻涂層 　　黑鉻涂層的吸收比α和發(fā)射比ε分別為0．93—0．97和0．07—0．15，α／ε為6～13，具有優(yōu)良的光譜選擇性。黑鉻涂層的熱穩(wěn)定性和抗高溫性能也很好，適用于高溫條件，在300℃能長期穩(wěn)定工作。此外，黑鉻涂層還具有較好的耐候性和耐蝕性。 　　但是，現(xiàn)在采用的電鍍黑鉻工藝，電流密度大(15～200A／dm2)，溶液導(dǎo)電性差，電鍍時會產(chǎn)生大量的焦耳熱，需要冷卻和通風(fēng)排氣才能維持正常生產(chǎn)。另外，黑鉻鍍在非銅件上，需要先預(yù)鍍銅，再鍍光亮鎳，最后鍍黑鉻，生產(chǎn)成本較高。 　　黑鎳涂層 　　黑鎳涂層大都是鎳合金涂層，其組成隨電鍍液成份和沉積條件變化。黑鎳的電鍍液分為兩類，即硫酸鋅電鍍液和含鉬酸鹽類電鍍液。由第一類鍍液獲得的黑鎳涂層，含鎳40％～60％，含鋅約為20％～30％。 　　黑鎳涂層的吸收比α可達0．93～0．96，熱發(fā)射比ε為0．08～0．15，α／ε接近6～12，其吸收性能較好。 　　黑鎳涂層很薄，為了提高涂層與基體的結(jié)合力和耐蝕性，常采用中間涂層(如Ni，Cu，Cd)或雙層鎳涂層。 　　由于黑鎳涂層的熱穩(wěn)定性、耐蝕性較差，通常只適用于低溫太陽能熱利用。 　　黑鈷涂層 　　黑鈷涂層的主要成分是CoS，具有蜂窩型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其吸收比α可達0．94～0．96，發(fā)射比ε為0．12～0．14，α／ε為6．7～8。 2　電化學(xué)表面轉(zhuǎn)化涂層 　　鋁陽極氧化涂層 　　鋁及鋁合金的陽極氧化可在硫酸介質(zhì)中進行，但在太陽能熱利用中，主要用磷酸介質(zhì)。鋁氧化涂層著色有多種工藝，其中電解著色工藝獲得的涂層，具有牢固、穩(wěn)定、耐曬優(yōu)良特性，并且可進行大規(guī)模生產(chǎn)。 　　鋁陽極氧化涂層是一種多孔膜，孔隙率達22％，電解著色時金屬易沉積在微孔中。用于電解著色的金屬鹽類有：鎳鹽、錫鹽、鈷鹽和銅鹽等。 　　北京市太陽能研究所研制的鋁陽極氧化涂層，先在磷酸溶液中獲得氧化膜，再在NiSO4溶液中進行電解著色，其吸收比為0．92～0．96，法向發(fā)射比為0．1～0．2，具有良好的選擇吸收特性。 　　鋁陽極氧化涂層，耐蝕、耐磨和耐光照等性能也相當好，在太陽熱水器中已得到廣泛應(yīng)用。 　　CuO轉(zhuǎn)化涂層 　　以陽極氧化法制取的CuO轉(zhuǎn)化涂層，NaOH電解液的濃度為1mol／L，電流密度為2mA／cm2，溫度為50～57℃。涂層的吸收比可達0．88～0．95，法向發(fā)射比為0．15～0．30。這種CuO涂層有一層黑色絨面，保護不好，會導(dǎo)致吸收比的降低。 　　鋼的陽極氧化涂層 　　陽極氧化工藝，在鋼的表面可形成陽極氧化涂層，其吸收比達0．92～0．94，發(fā)射比為0．31～0．32，抗紫外線和耐潮濕性能良好。 3　真空鍍涂層 　　可以采用真空蒸發(fā)和磁控濺射技術(shù)制備選擇吸收性能優(yōu)良的涂層，但后者的設(shè)備比較簡單，工藝控制方便，容易在大面積上獲得均勻一致的涂層。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的全玻璃真空集熱管和熱管真空集熱管都采用磁控濺射技術(shù)制備吸收涂層。 　　磁控濺射制備的涂層，其性能與涂層的材料結(jié)構(gòu)及工藝有密切關(guān)系。清華大學(xué)生產(chǎn)的全玻璃真空集熱管，在管壁上沉積得到的是多層AL－N／AL選擇性吸收涂層，其吸收比為0．92，法向發(fā)射比為0．06(100℃)，性能十分良好。 4　涂料型涂層 　　涂料型太陽吸收涂層是一種漫射的光學(xué)表面，由顏料和粘結(jié)劑兩部分組成。 PbS涂層 　　以0．1μm枝蔓狀晶體PbS為顏料，用乙丙橡膠或氟樹脂作粘合劑，配制成涂料，噴涂于拋光的鍍鋅鐵皮上，厚度約0．6mg／cm2，這種PbS涂層的吸收比約為0．85～0．91，發(fā)射比約為0．23～0．40，耐熱在280℃以上。 　　該涂層制備簡單，光學(xué)性能較好，但枝蔓狀PbS會逐漸氧化變成白色PbSO4，從而失去光熱轉(zhuǎn)換功能。同時PbS的防銹能力也較差，主要是因為涂層太薄（1mg／cm2以下)。如果采用鋼板作基體時，噴涂前需先在金屬上電鍍一層防銹金屬保護層。 　　過渡金屬復(fù)合氧化物涂層 　　用帶羥基的丙烯酸樹脂改性硅氧烷低聚物作粘結(jié)劑，以FeMnCuOx作顏料的涂層，太陽吸收比可達0．96，發(fā)射比約為0．4。 　　采用酞菁綠和自制的鐵銅復(fù)合氧化物——Fe3CuO5為顏料，以丙烯酸樹脂為粘合劑，以乙酸乙脂、乙酸丁脂和二甲苯混合物為溶劑，采用多次噴涂法，在鋼板底材上涂層厚度不超過3μm。該涂層的太陽吸收比為0．94～0．96，發(fā)射率比為0．37～0．39。該涂層成本低，性能較好，裝飾性強，適合在太陽房和熱水器上應(yīng)用。