[发明专利]一种选择性吸收太阳光热除冰涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种选择性吸收太阳光热除冰涂层及其制备方法，属于太阳光谱选择性吸收涂层领域，该涂层从基板开始依次为扩散阻挡层、吸收层、吸收层、减反射层和超疏水层；具有太阳光谱选择性吸收特征，同时具有吸收率高、反射率低、表面自清洁、光热除冰等优异性能。本涂层的制备工艺简单、成本低廉，适用于多种基板表面。经实测，涂层具有较高的吸收率和非常低的发射率，太阳光谱选择性吸收性能优异，在铝合金表面沉积之后，在一个太阳辐射光照度下仅需430s左右即可升温至76.4℃。且涂层表面接触角高达155°，具有优异的疏水性能，因此可快速融化冻结在涂层表面的冰粒，达到良好的光热除冰、疏水及自清洁效果。

技术领域

本发明属于太阳光谱选择性吸收涂层领域，具体涉及一种选择性吸收太阳光热除冰涂层及其制备方法。

背景技术

为了改善能源结构、保护生态环境、应对气候变化并实现经济社会的可持续发展，世界各国都在积极开发和利用风能、潮汐能、生物质能及太阳能等可再生能源。其中，太阳能具有普遍性、无害、储量巨大和使用长久等优点，在可再生能源结构中占有重要地位。在太阳能利用方式中，太阳能热发电是其中应用较为普遍的一种。与光伏发电技术相比，太阳能热发电具有制造环节能耗低、能量转换效率高、清洁无污染和可实现24h连续发电等优势，应用前景广阔。根据集中器聚光反射方式的不同，可以把太阳能热发电系统分成抛物面槽式、线性菲涅尔式、碟式和塔式四类，现阶段发展最为成熟的是抛物面槽式。抛物面槽式发热系统的核心是真空集热管，真空集热管中主要由太阳光谱选择性吸收涂层负责吸收太阳光，将太阳能转换成热能，其高温热稳定性和综合性能直接决定着整个发电体系的光热转换效率。

因此，为了提高发电系统的光热转换效率、更高效地利用太阳能，开发一种综合性能优异的太阳光谱选择性吸收涂层对于更好地利用清洁能源具有重要意义。目前，关于太阳光谱选择性吸收涂层的研究十分广泛。中国专利文献CN201410648672.3公开了一种吸收边连续可调的太阳光谱选择性吸收涂层，包括基体、红外反射层、吸收层、减反射层。基体材料为抛光金属板或玻璃板；红外反射层为金属铝；吸收层包括金属亚层、半导体锗亚层和金属氮氧化物亚层，其中金属亚层材料为Ti，半导体锗亚层材料为非晶态 Ge，金属氮氧化物亚层为TiN_xO_y；减反射层为TiO₂。该专利中的薄膜属于“金属 -陶瓷”类型选择性吸收膜系，可实现94.3％的吸收率，光学性能略优。但是其加工工艺复杂，由6层结构组成，且不具备疏水和光热除冰功能，经常需要人工清洁，对使用环境的要求较高，不利于大规模推广应用。中国专利文献 CN201822088711.5公开了一种双过渡层复合吸收型太阳光谱选择性吸收涂层，包括基体、红外反射层、金属过渡层、复合吸收层、氧化物过渡层和减反射层。基体材料为玻璃、铝、铜或不锈钢；红外反射层材料为Al、Cu、Au、Ag、Ni 或Cr；金属过渡层材料为金属Cr；复合吸收层自下而上依次包括第一吸收亚层、第二吸收亚层和第三吸收亚层，其中第一吸收亚层的材料为CrN_x1O_y1，第二吸收亚层的材料为CrN_x2O_y2，第三吸收亚层的材料为CrN_x3O_y3；金属过渡层的材料为金属Cr；氧化物过渡层的材料为Cr₂O₃；减反射层的材料为SiO₂、Al₂O₃、ThO₂或Sm₂O₃。该类技术提高了太阳光谱选择性涂层内部膜层的附着力和高低温循环稳定性，提供了解决膜层脱落问题的技术，但其技术门槛和加工成本较高，不利于工业生产应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种选择性吸收太阳光热除冰涂层及其制备方法，以解决现有技术中太阳光谱选择性吸收涂层不具备疏水和光热除冰功能，需要人工清洁，对使用环境的要求较高，加工工艺复杂、技术门槛高、加工成本高且不利于工业生产的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：