利用磁过滤阴极真空弧沉积技术制备太阳能高反射率薄膜材料

【摘要】：作为当前备受瞩目的可再生新能源之一，太阳能的利用一直是世界范围内的研究热点。太阳能光热发电是一种主流的太阳能利用方式，但其效率受制于核心部件聚光系统。针对聚光系统的研究已进行了一百余年，目前制约其聚光效率进一步提高的关键因素之一就是聚光系统中反射镜镜面面形的精度控制。具有优异可成型性和高反射率的薄膜反射材料是解决这一问题的较好方法。 磁过滤阴极真空弧沉积技术（FCVAD）是一种广泛应用于精密薄膜的薄膜制备方法，相比于其他薄膜制备方法具有成膜粒子均匀、沉积能量高等诸多优势，制备的薄膜具有薄膜质量高、附着力好的优点。本文创新性将FCVAD技术引入制备太阳能高反射率薄膜材料，分别在玻璃和聚酯薄膜（PET）基材上制备了纳米级别的铝薄膜，探讨了弧流、负压、占空比和沉积库仑数等FCVAD参数对反射率及膜厚的影响，利用紫外-可见-近红外分光光度计、扫描电镜、台阶仪、拉脱法附着力测试仪等多种表征手段对所制备反射材料的反射性能、表面形貌和结构、膜厚以及薄膜附着力进行了相应的研究。 结果表明：以玻璃作为基材时，铝膜的厚度和反射性能主要受弧流、负压、占空比和沉积库仑数等FCVAD参数的影响。其中，铝膜厚度与沉积库仑数之间存在极好的线性正相关关系，与弧流呈正相关关系，与负压和占空比则呈负相关关系。这些参数对于铝膜厚度的影响主要通过影响成膜粒子大小、空间结构致密性和表面排列实现。铝膜反射率与沉积库仑数之间的关系符合软件模拟结果。在一定范围内反射率随负压的增大迅速增大，负压到达一定值后保持稳定，继续增大则再次下降。弧流对于反射率的影响并不显著，在弧流较小范围内反射率随弧流的增大反射率大幅增大，但随后基本保持稳定。反射率随占空比的增大呈振荡下降的趋势。以上参数对于铝膜反射率的影响主要通过对成膜颗粒平均粒径、薄膜空间结构致密性、薄膜表面均匀性和缺陷情况以及薄膜有效光学厚度、光学常数的影响来实现。同时，此情况下制备的反射材料薄膜附着力完全满足实用要求。与磁控溅射技术相比，FCVAD制备反射薄膜在性能上具有显著优势。 最后，对PET进行了离子注入+离子束混合表面预处理之后再采用FCVAD技术进行铝膜的沉积，探索了以聚合物为基底的柔性太阳能高反射率薄膜材料的制备，研究了表面预处理对该反射材料反射性能和薄膜附着力的影响。 【关键词】：磁过滤阴极真空弧 太阳能高反射率薄膜材料 膜厚控制 反射率 影响因素
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-30
• 1.1 课题背景11-14
• 1.2 光学薄膜制备技术概述14-23
• 1.2.1 真空蒸镀法16-17
• 1.2.2 离子镀法17-18
• 1.2.3 磁控溅射法18-19
• 1.2.4 溶胶-凝胶法19-20
• 1.2.5 离子束溅射沉积法20
• 1.2.6 离子束辅助沉积法20-21
• 1.2.7 化学气相沉积法21
• 1.2.8 分子束外延法21-22
• 1.2.9 脉冲激光沉积法22
• 1.2.10 原子层沉积法22-23
• 1.3 金属化聚合物表面改性概述23-27
• 1.3.1 离子束辐照24
• 1.3.2 等离子体处理24-25
• 1.3.3 离子注入25-26
• 1.3.4 化学法和光化学法26
• 1.3.5 准分子激光刻蚀26-27
• 1.4 本文主要研究内容和意义27-30
• 第二章 实验部分30-45
• 2.1 实验设备30-34
• 2.1.1 MEVVA 源离子注入沉积复合镀膜机30-33
• 2.1.2 磁控溅射沉积系统33-34
• 2.2 实验材料34
• 2.3 样品制备34-38
• 2.3.1 基材预处理34-35
• 2.3.2 薄玻璃铝反射镜的制备35-37
• 2.3.3 柔性薄膜反射材料的制备37-38
• 2.4 理论模拟38-39
• 2.4.1 光学薄膜反射率理论模拟38
• 2.4.2 离子注入过程理论模拟38-39
• 2.5 分析测试39-45
• 2.5.1 材料反射率测试39-43
• 2.5.2 薄膜厚度的控制与测量43
• 2.5.3 薄膜表面形貌观察43
• 2.5.4 薄膜附着力测试43-45
• 第三章 薄玻璃铝反射镜的性能研究45-70
• 3.1 FCVAD 镀制铝膜厚度的控制与影响因素分析45-53
• 3.1.1 铝膜厚度随负压的变化45-48
• 3.1.2 铝膜厚度随占空比的变化48-50
• 3.1.3 铝膜厚度随弧流的变化50-52
• 3.1.4 铝膜厚度随沉积库仑数的变化52-53
• 3.2 FCVAD 镀制薄玻璃铝反射镜的反射性能分析53-62
• 3.2.1 铝反射镜的反射率随厚度的变化53-54
• 3.2.2 铝反射镜的反射率随沉积库仑数的变化54-56
• 3.2.3 铝反射镜的反射率随负压的变化56-58
• 3.2.4 铝反射镜的反射率随弧流的变化58-60
• 3.2.5 铝反射镜的反射率随占空比的变化60-62
• 3.3 FCVAD 镀制铝膜附着力性能分析与研究62-63
• 3.4 两种薄膜制备技术的比较63-68
• 3.5 本章小结68-70
• 第四章 柔性太阳能高反射率薄膜材料的初步探讨70-77
• 4.1 离子注入过程的理论模拟71-72
• 4.2 样品的表面形貌观察72-74
• 4.3 样品的反射性能分析74
• 4.4 样品的附着力性能分析74-75
• 4.5 本章小结75-77
• 结论77-79
• 参考文献79-88
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果88-89
• 致谢89-90
• 附件90

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