中高温非真空太阳能吸收涂层Mo-Cu/Al_2O_3制备及热稳定性研究

【摘要】：太阳能吸收涂层可以有效的提高光热转化效率。作为太阳能热发电的重要技术之一，中高温太阳能吸收涂层是太阳能热利用领域的研究热点，其应用前景十分广阔。本文针对目前中高温涂层在实际应用中存在的高温下热稳定性差、成本高等问题，提出一种新的涂层制备工艺，制备了一种新型的适合在中高温非真空条件下使用的复合涂层。 通过化学镀铜技术，在纳米钼粉表面包覆一层铜，制备了Mo-Cu复合粉体，该粉体作为涂层的主吸收体材料；采用雾化造粒技术将纳米Al_2O_3和Mo-Cu复合粉体制备成具有疏松纳米微结构的适合等离子喷涂的微米级复合粉粒；用等离子喷涂方法在预处理好的铜基底上喷涂制备厚度约为2.5μm的太阳能吸收涂层。这种涂层制备工艺采用常规的等离子喷涂方法，而非目前常用磁控溅射技术，大大降低了涂层的制备成本。 用紫外可见光-近红外光谱仪测得不同热处理温度下涂层吸收率和发射率，发现在热处理温度低于600℃的时候涂层的吸收率和发射率无明显的变化，其数值约为0.868和0.347，表明这种涂层具有良好的高温光学性能。用SEM和EDS观察分析不同退火温度下（100℃、200℃、300℃、400℃、600℃、800℃、900℃）保温2h处理后涂层表面形貌和成分，发现涂层的未溶区和半熔区存在团聚的纳米颗粒，在热处理温度为800℃，由于基底中铜元素高温下的扩散和氧化导致涂层中主要含铜氧两种元素，同时涂层在900℃的高温下依然无开裂、脱落现象。表明这种微结构增加了涂层的韧性；该涂层在900℃以下高温中具有良好热稳定性，可以作为一种理想的太阳能光热发电、建筑节能的选择性吸收涂层材料。 最后，探讨了实验工艺对涂层的性能的影响，发现复合粉体中金属成分的体积比控制在30％以下，料浆中粘结剂的含量控制在3.2wt％以下，料浆含固量控制在40-60％之间，采用该种条件下制备的复合太阳能选择性吸收涂层具有良好的性能。 【关键词】：太阳能涂层 化学镀铜 雾化造粒 等离子喷涂 钼铜复合粉末
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK512
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 引言10-11
• 1.2 太阳能利用现状11-16
• 1.2.1 太阳能热发电11-13
• 1.2.2 太阳能热水系统的发展现状13-15
• 1.2.3 太阳能吸收涂层的发展15-16
• 1.3 中高温太阳能吸收涂层的分类16-18
• 1.3.1 本征吸收涂层16
• 1.3.2 光干涉涂层16-17
• 1.3.3 金属陶瓷涂层17
• 1.3.4 多层渐变涂层17-18
• 1.3.5 光学陷阱涂层18
• 1.4 太阳能吸收涂层的制备方法18-22
• 1.4.1 电化学法18-19
• 1.4.2 物理气相沉积19-21
• 1.4.3 其它21-22
• 1.5 太阳能吸收涂层的最新研究进展22-24
• 1.5.1 国外研究现状22
• 1.5.2 国内研究现状22-24
• 1.5.3 目前存在问题24
• 1.6 本文的主要研究内容24-25
• 第2章 核壳结构涂层的理论基础25-28
• 2.1 涂层的光学原理25-26
• 2.2 理论基础26-27
• 2.2.1 Mo、Cu、Al_2O_3的性能26
• 2.2.2 Mo-Cu 复合粉体制备26-27
• 2.2.3 纳米团聚粉末等离子喷涂性能27
• 2.3 可行性分析27-28
• 第3章 Mo-Cu/Al_2O_3太阳能吸收涂层制备工艺28-38
• 3.1 Mo-Cu 化学镀工艺28-33
• 3.1.1 实验仪器28
• 3.1.2 实验试剂28
• 3.1.3 化学镀铜技术28-29
• 3.1.4 实验过程29-32
• 3.1.5 实验结果32-33
• 3.2 Mo/ Al_2O_3复合粉体雾化造粒工艺33-35
• 3.2.1 实验仪器33-34
• 3.2.2 雾化造粒技术34
• 3.2.3 实验过程34-35
• 3.3 等离子喷涂工艺35-38
• 3.3.1 实验仪器35
• 3.3.2 实验材料35-36
• 3.3.3 等离子喷涂纳米涂层技术36
• 3.3.4 实验过程36-38
• 第4章 实验结果分析38-43
• 4.1 涂层热稳定性能38-41
• 4.2 涂层光学性能41-43
• 第5章 实验工艺对涂层性能影响43-46
• 5.1 复合粉末中的金属含量对涂层性能影响43
• 5.2 粘结剂对涂层性能的影响43-44
• 5.3 料将含固量对涂层性能影响44
• 5.4 等离子喷涂对涂层性能影响44-46
• 结论46-47
• 参考文献47-53
• 致谢53-54
• 附录 1 攻读学位期间所发表的学术论文54-55
• 附录 2 申请专利55

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