集熱器吸收涂層第1頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四一、選擇性吸收涂層基本概念三、平板選涂層的發展及應用四、選擇性吸收涂層的發展方向主要內容二、選擇性吸收涂層的結構與組成第2頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四20億分之一太陽組成為氫氦元素的等離子體并不斷進行熱核反應，表面溫度大約為6000K，不斷以電磁波的形式向外輻射能量，其中20億分之一左右的能量經過8分鐘的光程到達地球大氣上層，相當于全世界發電量的幾十萬倍。電磁波形式1.太陽輻射一、選擇性吸收涂層基本概念第3頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四太陽主要以電磁輻射的形式傳輸能量。其中在0.3～3μm波長范圍內的光線占總太陽光的98%之多。太陽常數：1353瓦/米2

2.太陽光譜與太陽常數第4頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四3.吸熱板輻射第5頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

所有物體與投射來的輻射能不斷地互相交換著能量。投射在任何物體表面上的輻射流F，部分F被反射，部分F被吸收，而剩下的部分F將透過物體，即：F＝

F＋F＋F＋＋=1對于不透明體=0＋=1輻射流F反射流F吸收流F透射流F第6頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

從物理角度來講，黑色意味著光線的幾乎全部的吸收．被吸收的光能即轉化為熱能。因此為了最大限度地實現太陽能的光熱轉換，似乎用黑色的涂層材料就可滿足了，但實際情況并非如此。這主要是材料本身還有一個熱輻射問題。從量子物理的理論可知，黑體輻射的波長范圍大約在2－l00μm之間，黑體輻射的強度分布只與溫度和波長有關，輻射強度的峰值對應的波長在10μm附近。吸收和輻射第7頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四選擇性吸收涂層的理論基礎由于太陽光譜的波長分布范圍基本上與熱輻射不重疊，據此，以色列科學家Tabor于上個世紀50年代末，提出了光譜選擇性吸收理論。要實現最佳的太陽能熱轉換，可以找到一種材料使其同時滿足以下兩個條件：①在太陽光譜內有盡量高的吸收率?；②在熱輻射波長范圍內有盡可能低發射率ε。第8頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四吸收比：物體吸收某一特定波長輻射能的百分數成為光譜吸收比（spectralabsorptive）；一般地說物體的光譜吸收比與波長有關，用字母α表示。選擇性吸收涂層的兩個重要參數發射比：一個物體發射出的發射功率與入射到該表面的輻射功率的比值；用字母ε表示。第9頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四4.吸收比與發射比(、

)膜層的光譜反射曲線理想曲線計算的反射曲線理想曲線安鋁公司產品曲線第10頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四1.選擇性吸收涂層的結構高紅外反射金屬層低填充因子吸收層減反射層高填充因子吸收層以干涉性涂層為例，結構如下：二、選擇性吸收涂層的結構與組成其中吸收膜層為島狀粒子膜第11頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四鎳鉻膜系減反層吸收層2吸收層1高紅外反射層介質層介質與金屬粒子低發射率金屬第12頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四自上個世紀五十年代以色列科學家塔博（Tabor）教授提出選擇性吸收涂層理論以來，選擇性吸收涂層的研究得到了很快的發展，太陽能光熱應用的發展以及集熱器技術的發展，實際上就是選擇性吸收涂層的發展過程.三、平板選涂層的發展及應用第13頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四平板式集熱器第14頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四平板集熱器涂層材料的應用和發展主要分為以下三個階段：1.涂料型階段2.電化學涂層階段3.真空鍍膜涂層階段第15頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

電鍍法：常用的電鍍涂層主要有黑鎳涂層、黑鉻涂層、黑鈷涂層等,均具有良好的光學性能。

陽極氧化法：常用的電化學涂層有鋁陽極氧化涂層和鋼的陽極氧化涂層等。電化學涂層1.2.3.真空鍍膜涂層：利用真空蒸發和磁控濺射技術制取,如磁控濺射得到的AlN涂層和NiCrO涂層，以及電子束蒸發的TiNOx涂料涂層：由粘結劑和金屬氧化物顆粒組成，制備方法一般采用涂刷和噴涂的方法。第16頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四1979～1980年研制出硫化鉛／瀝青漆涂層

1981～1983年研制了TXT鐵、錳、銅氧化物系列選擇性吸收涂料

1979～1980年采用電化學方法研制了選擇性吸收黑鉻涂層

1981～1983年研制了鋁陽極化電解著色選擇性吸收涂層

1986～1988年研制成黑鈷選擇性吸收涂層

1988～1990年間又研制了鋁氮氧漸變型選擇性吸收涂層

,真空鍍膜技術應用國內涂層的主要發展歷程第17頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四用于平板集熱器的涂料型吸收涂層其中代表性的選擇性吸收涂料主要是鐵錳銅氧化物，使用時將其和黏合劑混合在一起噴涂到吸熱板表面。該涂層已有二十多年歷史目前仍有部分在使用，其主要特點是工藝簡單、成本低廉，缺點是使用過程中容易老化從而引起性能下降。第18頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四用于平板集熱器的電化學型型吸收涂層主要代表是：黑鉻涂層鋁陽極化著色涂層第19頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四黑鉻涂層黑鉻涂層主要用于銅吸熱板表面。黑鉻涂層從問世到現在，經受了30多年的實踐檢驗，它不但具有優良的光學性能而且也具有非常優異的耐熱耐濕耐候性能，該涂層的太陽吸收率可高達95%以上而紅外發射率控制在10%以下。其主要缺點是若生產過程對廢液不加以控制的話，容易對環境造成一定程度的污染。但經過工藝設計控制，是完全可以實現無污染生產的。第20頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四黑鉻涂層的結構第21頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四黑鉻涂層的光譜特性曲線第22頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四編號涂層類型光學性能長×寬×厚(mm)管板結合方式αε1磁控濺射氮氧化鈦0.94530.07195×110×0.20超聲波焊接2選擇性吸收黑鉻涂層0.96240.09195×110×0.15全銅復合軋制3選擇性吸收涂料0.95180.78195×110×0.15超聲波焊接4選擇性吸收陽極化涂層0.92070.17195×110×0.60銅鋁復合軋制黑鉻與不同涂層的性能對比第23頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四第24頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四鋁陽極化涂層

陽極化鋁電解著色涂層簡稱陽極化涂層是目前平板集熱器中應用最為廣泛的涂層材料，主要用于采用銅鋁復合條帶的平板集熱器。該涂層采用連續化的生產工藝，成本適中，具有良好的光學性能和耐候性，涂層的太陽吸收率可達92%，紅外發射率控制在20%以下。第25頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四真空鍍膜涂層德國安鋁ALANOD德國BLUETECH德國TiNOx國內Commonprais嘉普通第26頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四真空鍍膜技術第27頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四CrNiO磁控濺射（airtoair)連續化生產的優點：高效、靈活、產品穩定一致、成本低第28頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四第29頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四

慕尼黑大學Scholkopt采用e-Beam電子束蒸發的方法在金屬條帶上連續沉積TiNOx選擇性吸收涂層=0.95,（100℃

）=0.03。最高工作溫度375℃

，已建成年產20,000平方米的涂層生產線。由于是連續化鍍膜，成本較低，被稱為新一代的涂層技術。德國另一家公司Interpane在生產平板玻璃幕墻技術的基礎上在金屬卷帶上連續沉積陶瓷吸收膜。生產每平米涂層僅消耗一度電，降低了能耗，提高了生產效率。涂層吸收率=0.95（實測0.93）,=0.05（100℃

），工作溫度可達400℃。連續化生產方式1.四、平板集熱器選擇性吸收涂層的發展方向第30頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四2，金屬陶瓷材料的采用

采用Al2O3介質作為基體材料,主要有Ni-Al2O3、Co-Al2O3、Pt-Al2O3、Mo-Al2O3以及Fe-Al2O3等。

澳大利亞悉尼大學ZHANGQC和MILLSDR等人,在漸變AIN-Al的基礎上,研制以AlN介質為基體的金屬陶瓷選擇性吸收涂層,采用直流反應濺射沉積AlN介質,并用直流共濺射方法將不銹鋼、鎢等金屬粒子注入介質基體,提高了濺射速率,大幅度降低了膜層成本。

第31頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四陶瓷金屬膜系吸收率≥0.95；發射率≤0.06(80℃)耐候性有很大提高123鹽霧24h:1.鎳鉻涂層2.安鋁第32頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四第33頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四涂層表面形貌第34頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四減反膜形貌及改進元素重量百分比原子百分比O16.8827.55Si73.0367.87Cr1.770.89Ni8.313.69總量100.00元素重量百分比原子百分比O12.4320.65Si80.2475.96Cr1.160.59Ni6.172.79總量100.00第35頁，共44頁，2023年，2月20日，星期四衡量涂層方法1.附著力2.鹽霧試驗3.耐熱試驗4.老化試驗第36頁，共44頁，2023年，2