[发明专利]选择性吸收光波的复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种太阳能光热转化技术领域的材料，具体是一种选择性吸收光波的复合材料。

背景技术

中高温(100℃＜T)太阳能涂层适用于聚焦式太阳能发电系统，是目前太阳能利用领域研究的重点。为了提高光热转化效率，材料表面对太阳光的反射应该是选择性的，即在波长小于2.5微米的范围内反射率尽可能接近零，在2.5微米以上反射率最大，接近1。应用于太阳能热电站的选择性吸收涂层还应该满足以下条件，低成本，容易制造，高温工作环境中材料的化学、热稳定性良好，材料的吸收比α大于0.9，热发射比ε小于0.1。

根据材料的结构和组成，选择性吸收涂层可分为：体吸收材料；半导体-金属复合涂层；多层渐变吸收层；金属-陶瓷叠加吸收层等。一种适用于中高温太阳能涂层的设计需要充分考虑以上各种涂层结构的作用原理，提出合理的优化方案，尽可能发挥材料本身的吸收性能，减少热发射比，同时还要求材料组分在工作温度下的热稳定高，在真空条件打破的情况下不易被氧化性。

一些体吸收强，在高温下结构稳定的过度元素金属或氧化物组成的材料选择性并不强，往往需要通过改变表面几何结构来控制光谱吸收的选择性。锥体，金字塔形，多孔结构有利于提高材料的选择性，这样的设计起到如下效果：材料间隙由空气填充，由于空气的折射率低(接近1)，降低了涂层表面的平均折射率，减少了空气进入材料的一次反射，特殊的几何机构还有利于入射光子进入涂层后，在内表面多次进行多次反射和吸收过程，最终能量被材料本身所吸收，并转化为热能。H.Sai等人模拟了金字塔形金属钨材料构建的吸收涂层的光学性能，选择性吸收程度高。但由于材料本身的物理化学特性和结构几何尺寸要求高，制备困难。除了难熔金属外，还应考虑一些过度元素或其氧化物如Mo，MoO₃，Cr₂O₃等在构建特殊表面结构的可行性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种选择性吸收光波的复合材料，具有良好的太阳光选择性吸收，且在空气气氛，温度100℃～350℃的工作环境中具有良好的热稳定性，不易被氧化，具有抗腐蚀性。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的组分为铬元素、镍元素、钼元素、氧元素和铁元素，其含量为：铬元素22.2％-30.5wt％、镍元素5.6％-6.9wt％、钼元素3.0％-5.0％、氧元素9.0％-14.1wt％，其余为铁元素。

所述的复合材料的太阳光吸收比α＝0.90～0.94，热发射比ε在100℃时为0.07～0.15；工作环境为空气气氛且温度100℃～350℃。

所述的铁元素和铬元素分别以氧化态的Fe³⁺和Cr³⁺存在于复合材料中，镍元素、铁元素和氧元素以Fe-Ni-O化学键形成具有尖晶石结构的NiFe₂O₄，钼元素为无定形单质。

所述的复合材料的表面结构由锥体排列构成，锥体的高度为50～200纳米，相邻锥体底面中心间距为50～100纳米。这种结构有利于光波进入涂层后多次在材料表面反射，逐步被具有体吸收性的复合材料吸收。

本发明所述复合材料在100～350℃下结构稳定，难氧化，耐腐蚀，即使在空气气氛中长期使用其光学性质也不会有明显变化。

本发明采用自组装技术来构造所述复合材料涂层结构。在合金表面通过控制腐蚀速度和腐蚀方向，引导合金体系中的Cr，Ni，Mo，Fe金属元素进行氧化还原反应并且在合金表面重新组装，形成了具有锥体结构的Fe₂O₃、Cr₂O₃、NiFe₂O₄、Mo复合材料。

附图说明

图1为实施例1复合材料涂层的表面三维结构图。

图2为实施例1复合材料涂层在0.25-2.5微米范围内的光谱反射图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1