[发明专利]一种中高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

本发明提供一种中高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法，该涂层由以下重量份配比的原料制成：有机硅树脂30‑40份，CuCoMnO_X功能粉30‑40份，二甲苯10‑20份，润湿分散剂2.5‑5份，防沉剂2.5‑5份，流平剂3‑5份，消泡剂1‑3份，硅烷偶联剂1‑2份。本发明中的太阳能选择性吸收涂层具有高吸收率、高导热率、低辐射率、高稳定性，有效提高了吸热涂料对太阳能的选择吸收性，且本发明制备工艺简单，成本低廉，设备要求低，生产过程环保，易于工业化生产，适于大范围推广应用。

技术领域

本发明涉及光热太阳能技术领域，具体是一种中高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。

背景技术

随着国内能源、环保问题，太阳能作为一种来源最丰富、可广泛获取的可再生能源，对解决能源危机和环境问题具有重大的作用，且太阳能以独具的储量无限性，存在的普遍性，开发利用的清洁性，使其成为了各国竞相研究的热点。太阳能光热应用是人类利用太阳能最简单，最直接，最有效的方法之一，但由于太阳能到达地球后能量密度较小又不连续，因此，为大规模的开发利用带来了困难。太阳能光谱选择性吸收涂层是一种具有对可见-近红外光高吸收，对红外光高反射的特种涂层，即它能有效地吸收太阳能，而受热后自身长波造成的热损失很小，广泛应用于太阳能光热转换领域，如太阳能热水器、太阳能发电等。太阳能吸收涂层担负着接收并吸收太阳能量的重要作用，影响着整个太阳能吸热系统的稳定性及效率的高低。

太阳能吸收涂层在自然环境中使用，受环境中温度、湿度、酸碱性等因素影响，使用条件较极端，一般需综合考虑涂层的选择性吸收性能、耐候性能、规模化生产成本、现场施工及维护成本等。现有的太阳能选择性吸收涂层技术类别主要有:涂料法、电化学法、离子镀、磁控溅射技术、热喷涂技术、化学法、气相沉积法和溶胶凝胶法等。精密的磁控溅射或离子镀技术等成本高，不适用于温度较高的环境；热喷涂技术容易受到生产环境及设备因素的影响；电化学法，电镀法等生产过程中容易产生环境污染；溶胶凝胶法在烧结过程出现大量有毒有害气体冒出，并且形成的膜对基材的附着力较差等问题。将高选择性吸收的颜料通过涂料法制成太阳能选择性吸收涂料，直接涂刷基材的表面制备成涂层，可以实现有效地将太阳辐射能转化为热能。并且这种技术，制备方法简单，实验条件要求低，施工方便，维护简单，使成本大大降低，，适于大规模化生产，对提高太阳能热转换效率，大规模推广太阳能光热应用起着至关重要的作用。在不同的利用类型中，涂料型的太阳能吸收涂层是具有开发前景的。现有的涂料通常包括以下组分：成膜剂、固化剂、吸收剂、溶剂、助剂。不同的原料的选择，会使涂料的光学性能有着很大的区别，导致涂层的性能有很大差异。

厚度敏感的光谱选择(TSSS)涂层能够吸收大量的太阳能，即它们表现出高的太阳能吸收率。由于它们对厚度的敏感性，要制备均匀，光滑，薄且分布密集的涂层是比较困难的。涂层的厚度与光学性能密切相关，涂层厚度增加，吸收率有一定的增加，但是发射率增加的更为明显，所以对厚度进行调控具有一定意义。TSSS涂料是非常复杂的体系，其由粘合剂，添加剂，溶剂和颜料颗粒等组成，它们能够均匀分布(分散)在聚合物树脂粘合剂中。影响涂料流变性能和最终涂层质量的因素有颗粒体积分数，颗粒形状，颗粒之间的相互作用，涂膜内颗粒的分布以及体相流场的性质等。该涂层通过改变这些参数来优化厚度，调控吸收率和发射率，以及不同工况下的耐磨，耐候性等。

具有光谱选择性吸收特性的材料，必须是一种复合材料，即由吸收太阳光辐射和反射红外光谱两部分材料组成。吸收辐射是指当辐射通过物质时，其中某些频率的辐射被组成物质的粒子选择性地吸收，从而使辐射强度减弱的现象。吸收辐射的实质，是物质粒子发生由低能级(一般为基态)向高能级(激发态)的跃迁。在太阳光谱区，波长在0.3-2.5μm的太阳辐射强度最大，对该光谱区的光量子吸收是关键，因此，涂层材料中只有存在与波长0.3-2.5μm光子的能量相对应的能级跃迁，才具有较好的选择吸收性。太阳能选择性吸收光谱涂层中所用的颜料大部分是利用不同种类的元素进行复合，来吸收太阳光中能量集中分布的可见和近红外光的能量。在复合的金属氧化物中，不同的组分吸收不同波段的光谱，集中以后达到全部吸收的目的。