[发明专利]一种表面具有阵列多孔结构的碳—氧化镍复合薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳光谱选择吸收薄膜光热领域，具体涉及一种表面具有阵列多孔结构的碳—氧化镍复合薄膜及其制备方法。

背景技术

太阳能光谱选择吸收膜要求在300nm～3000nm波段具有较高的吸收率，能够把太阳能转变为热能，同时又要在中远红外波段具有较高的反射率，以降低自身热辐射造成的热量损失。由于材料在中远红外波段辐射率是自由载流子与电磁波作用的结果，因此辐射率与薄膜电导率直接相关。传统选择吸收薄膜广泛采用串联结构，即在金属衬底上镀制介电材料薄膜，利用金属具有较高的电导率以获得低辐射率，利用介电材料薄膜获得高光谱吸收率。但是该类膜系具有多层膜结构，工艺复杂，控制难度增加，成本高。

多孔涂层通过控制涂层表面的形貌和结构，使表面不连续性的尺寸与可见光谱峰值相当，从而产生对可见光的陷光作用，即以黑洞的形式聚焦短波长的光，而对红外辐射具有很好的反射作用，即以平面形式辐射光。这样可以保持其高吸收率的同时具备较低的发射率。

多孔太阳能选择性吸收薄膜常用的制备工艺有磁控溅射法、电化学转换法、电镀法、涂料法、气相沉积法、溶胶-凝胶法等。

溶胶-凝胶法(Sol-gel method)通常将金属有机醇盐水解、缩聚形成稳定的溶胶，之后通过浸渍涂层、旋转涂层或者喷涂法施于经清洁处理后的基板表面，最后在一定温度下热处理制得金属氧化物薄膜。该法成分容易控制、制膜均匀、对基体形状要求很低且能制备大面积的膜、生产周期短成本低下等优点，成为制备薄膜材料的重要方法。

如，公开号为CN102888598A的中国专利文献公开了一种二氧化钛基选择吸收薄膜的制备方法，该方法通过用溶胶—凝胶法在基板上镀膜，然后对薄膜进行高真空下的热处理导致薄膜前驱体中的有机物部分或完全碳化，在TiO₂基体中形成导电网络以及分立碳颗粒，获得的二氧化钛基薄膜。但该方案制备的薄膜主要是利用材料的本证吸收及碳颗粒提供的吸收，这样导致薄膜的吸收有限，而TiO₂的折射率较高，相应的其辐射率也会较高，不利于光学性能的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低廉、操作简单、易于工业化大面积生产的表面具有阵列多孔结构的碳—氧化镍复合薄膜的制备方法。

一种表面具有阵列多孔结构的碳—氧化镍复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：醋酸镍、乙二醇胺、非离子性水溶性高分子和溶剂混合、搅匀制得镍前驱体溶液：

步骤(2)：向镍前驱体溶液中投加硝酸水溶液，搅拌均匀后投加光聚合单体和光致引发剂，搅匀后制得镍溶胶；所述的光聚合单体的投加摩尔量为醋酸镍的摩尔量的0.1～1倍；

步骤(3)：将步骤(2)制得的镍溶胶涂覆在基板上，干燥脱溶得到干膜；

步骤(4)：所述干膜再在真空条件下热处理，制得碳—氧化镍复合薄膜；所述热处理的温度为400-600℃。

本发明中，通过溶胶—凝胶法使镍溶胶负载在基板上，然后在真空条件下进行热处理使基板上镍溶胶中的有机物部分或完全碳化，形成导电碳网络以及碳颗粒，其中碳网络具有较好的导电性，赋予所述薄膜良好的低辐射性能；分立碳颗粒是堆积的无定形结构，赋予所述薄膜优良的光谱选择吸收性。所制得的薄膜表面为阵列有序排列的多孔结构，其对可见光产生陷光作用，而对红外辐射具有良好的反射作用，从而使所述薄膜具有优良的光谱选择吸收性能，在中远红外具有较高的反射率。本发明制备方法简单，容易在各种不同形状的基板上成膜、用料少、成本低、适合于工业化生产。

步骤(1)中，将醋酸镍、乙二醇胺加入到溶剂中，搅拌溶解均匀得到溶液A；再缓慢滴加预配的非离子性水溶性高分子溶液(溶液B)，搅拌混合均匀，得到镍前驱体溶液。

所述镍前驱体溶液中，醋酸镍、乙二醇胺、非离子型水溶性高分子和溶剂的摩尔比为1：0.2-0.6:0.02-0.08:10-30。

作为优选，步骤(1)中，溶液A和溶液B选取的溶剂一样。所述的溶剂为C1-4的单元醇或多元醇。进一步优选，所述的溶剂为乙醇。

所述镍前驱体溶液中，所述投料量的非离子型水溶性高分子可通过键合作用与氧化镍网络结构交联。作为优选，所述的非离子型水溶性高分子为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)，进一步优选为聚乙烯吡咯烷酮。

PVP能够与醇类等有机溶剂产生键合，减缓体系内溶剂的挥发速度，从而较大限度地延长溶胶的流动性；另一方面，吡咯烷酮基中的氧原子可以与醋酸镍水解产物中的羟基之间形成氢键。