CN110643942B - 一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层及其制备方法 - Google Patents

一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110643942B
CN110643942B CN201910965110.4A CN201910965110A CN110643942B CN 110643942 B CN110643942 B CN 110643942B CN 201910965110 A CN201910965110 A CN 201910965110A CN 110643942 B CN110643942 B CN 110643942B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hfnbtatizr
prepared
thickness
layer
argon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910965110.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110643942A (zh
Inventor
高祥虎
刘刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Original Assignee
Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS filed Critical Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority to CN201910965110.4A priority Critical patent/CN110643942B/zh
Publication of CN110643942A publication Critical patent/CN110643942A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110643942B publication Critical patent/CN110643942B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036—Reactive sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0676—Oxynitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/081—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C23C14/352—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using more than one target
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/20—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption
    • F24S70/25—Coatings made of metallic material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明涉及一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层，该涂层由抛光不锈钢片构成的吸热体基底、金属W构成的红外反射层、HfNbTaTiZrN构成的主吸收层、HfNbTaTiZrNO构成的次吸收层和Al2O3构成的减反射层组成。主吸收层是指采用等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr通过熔炼法制备的HfNbTaTiZr高熵合金的氮化物；次吸收层是指采用等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr通过熔炼法制备的HfNbTaTiZr高熵合金的氮氧化物。本发明还公开了该涂层的制备方法。本发明制备工艺简单、成本较低，所制备的涂层在大气质量因子AM1.5条件下，吸收率≥0.95，发射率≤0.10，且该涂层在真空700℃具有良好的长期热稳定性能，在太阳能光热发电领域具有一定的学术价值和应用价值。

Description

一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及高温集热管技术领域，尤其涉及一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层及其制备方法。
背景技术
高温集热管是太阳能光热发电的核心部件，主要由涂覆选择性吸收膜的金属内管和玻璃外管组成。目前世界上高温集热管的生产厂家有三家单位，分别为德国的Schott公司、以色列的Solel公司以及意大利的ENEA公司，前面两家单位生产的高温集热管产品都已经很成熟了，在上世纪80年代就已经商业化了，应用在大规模的商业太阳能槽式热发电站中，产品也在不断更新当中。而意大利的高温集热管研究起步较前两家要晚，但是产品的各项指标都达到世界先进水平，其在吸收率、使用温度、玻璃管增透膜的透过率等方面，意大利的技术较德国和以色列的技术均有明显的进步。
太阳能光谱选择性吸收涂层是真空集热管的核心材料。依据集热管的使用温度的不同，可分为低温（T<100℃）、中温(100℃<T<400℃)和高温(T>400 ℃)。太阳能热发电所使用的高温太阳能吸收涂层不仅需要有高的吸收率和低的热发射系数，还必须在高温下具备良好的高温热稳定性和长的寿命。提高涂层的工作温度能够改善太阳能热发电中能量循环的效率和减少热储存的成本从而达到减少太阳能发电的成本。由斯特潘-玻尔兹曼定律和实际物体的辐射特性可知，物体辐射出射度与其温度的4次方呈近似正比关系。对于聚光集热发电***，要求利用高温光谱选择性吸收涂层低的热发射比特性抑制这种热辐射造成的能量损失。所以在研制高温光谱选择性吸收涂层时，控制其热发射比处于较低水平，具有更为重要的现实意义。当前高温太阳能吸收涂层的耐热温度基本为500~600℃。为提高电站收益，开发更高耐热温度（700℃）的太阳能吸收涂层具有重要意义。
高熵合金因其具有的高强度、高耐磨性、高耐腐蚀性和耐高温软化等优异性能已得到广泛关注，已经受到航空航天、船舶、核能、汽车及电子等关键领域的广泛关注。高熵合金简单的组织结构及优异的性能与多主元所具有的四种特性是密不可分的。热力学上的高熵效应可以有效的降低体系的吉布斯自由能，抑制复杂金属间化合物相的形成；动力学上的缓慢扩散效应将对与扩散相关的反应如相变、再结晶、晶粒生长等起到阻碍作用；结构上的严重的晶格畸变效应可以显著地改变合金性能，如增加固溶强化作用提高合金强度、降低电导率、热导率等；性能上的鸡尾酒效应表现在高熵合金可以通过调整组成元素种类或组成元素的含量调整合金性能。基于高熵合金优异的特性，将其应用于高温太阳能吸收涂层具有重要的学术价值和应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供该光谱选择性高温太阳能吸收涂层的制备方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层，其特征在于：该涂层由抛光不锈钢片构成的吸热体基底、金属W构成的红外反射层、HfNbTaTiZrN构成的主吸收层、HfNbTaTiZrNO构成的次吸收层和Al2O3构成的减反射层组成；所述主吸收层是指采用等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr通过熔炼法制备的HfNbTaTiZr高熵合金的氮化物；所述次吸收层是指采用等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr通过熔炼法制备的HfNbTaTiZr高熵合金的氮氧化物。
所述吸热体基底的粗糙度值为0.5~3 nm。
所述红外反射层的厚度为40~65 nm。
所述主吸收层的厚度为35~60 nm。
所述次吸收层的厚度为45~75 nm。
所述减反射层的厚度为35~76 nm。
所述HfNbTaTiZr高熵合金是指将等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr放入石墨坩埚内，然后将其放入真空熔炼炉并抽真空至4×10-6~7×10-6 Torr，于3000~3500℃熔融后浇筑成型，经切割、打磨即得。
如上所述的一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴对吸热体基底进行处理；
⑵在处理后的所述吸热体基底上制备红外反射层：以纯度为99.99%的W作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用直流磁控溅射方法制得；其中工作参数：真空室预抽本底真空至3.5×10-6~6.5×10-6Torr；W靶材的溅射功率密度为4.5~7.5 W/m2 ，溅射沉积时氩气的进气量为20~60 sccm，沉积W厚度为40~65 nm；
⑶在所述红外反射层上制备主吸收层：以纯度为99.9%的HfNbTaTiZr高熵合金作为溅射靶材，在氩气与氮气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：HfNbTaTiZr靶材的溅射功率密度为3.0~6.5 W/cm2 ，溅射沉积时氩气的进气量为20~60sccm，氮气的进气量为2~6 sccm，沉积HfNbTaTiZrN的厚度为35~60 nm；
⑷在所述主吸收层上制备次吸收层：以纯度为99.9%的HfNbTaTiZr高熵合金作为溅射靶材，在氩气和氮气及氧气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：HfNbTaTiZr靶材的溅射功率密度为3.0~6.5 W/cm2 ，溅射沉积时氩气的进气量为20~60sccm，氮气的进气量为3~10sccm，氧气的进气量为2~8sccm，沉积HfNbTaTiZrNO厚度为45~75nm；
⑸在所述次吸收层上制备减反射层：以纯度99.99%的Al2O3作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用射频磁控溅射方法制得；其中工作参数：Al2O3靶材的溅射功率密度为5~10W/cm2 ，溅射沉积时氩气的进气量为20~60 sccm，沉积厚度为35~76 nm。
所述步骤⑴中吸热体基底的处理是指去除基底抛光不锈钢片表面附着的杂质后，分别在丙酮和无水乙醇中超声清洗10~20分钟，氮气吹干保存。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明选用等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr制成的高熵合金（HfNbTaTiZr）的氮化物和氮氧化物为基本材料，利用各种金属元素的集体效应和光干涉原理，制备了一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层，极大拓展了高熵合金的应用领域，丰富和发展了太阳能吸收涂层膜系结构。
2、本发明所制备的涂层在大气质量因子AM1.5条件下，吸收率≥0.95，发射率≤0.10；且该涂层在真空700℃具有良好的长期热稳定性能。
3、本发明制备工艺简单、成本较低，所制备的涂层在太阳能光热发电领域具有一定的学术价值和应用价值。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构图。
具体实施方式
实施例1 如图1所示，一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层，该涂层由粗糙度值为2 nm的抛光不锈钢片构成的吸热体基底、金属W构成的厚度为48 nm的红外反射层、HfNbTaTiZrN构成的厚度为45 nm的主吸收层、HfNbTaTiZrNO构成的厚度为56 nm的次吸收层和Al2O3构成的厚度为55 nm的减反射层组成。主吸收层是指采用等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr通过熔炼法制备的HfNbTaTiZr高熵合金的氮化物；次吸收层是指采用等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr通过熔炼法制备的HfNbTaTiZr高熵合金的氮氧化物。
其中：HfNbTaTiZr高熵合金是指将等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr放入石墨坩埚内，然后将其放入真空熔炼炉并抽真空至4×10-6~7×10-6 Torr，于3000~3500℃熔融后浇筑成型，经切割、打磨即得。
一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴对吸热体基底进行处理：去除基底抛光不锈钢片表面附着的杂质后，分别在丙酮和无水乙醇中超声清洗15分钟，氮气吹干保存。
⑵在处理后的吸热体基底上制备红外反射层：以纯度为99.99%的W作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用直流磁控溅射方法制得；其中工作参数：真空室预抽本底真空至4.5×10-6Torr；W靶材的溅射功率密度为6.5 W/m2 ，溅射沉积时氩气的进气量为35 sccm，沉积W厚度为48nm。
⑶在红外反射层上制备主吸收层：以纯度为99.9%的HfNbTaTiZr高熵合金作为溅射靶材，在氩气与氮气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：HfNbTaTiZr靶材的溅射功率密度为4.5 W/cm2 ，溅射沉积时氩气的进气量为40 sccm，氮气的进气量为5 sccm，沉积HfNbTaTiZrN的厚度为45 nm。
⑷在主吸收层上制备次吸收层：以纯度为99.9%的HfNbTaTiZr高熵合金作为溅射靶材，在氩气和氮气及氧气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：HfNbTaTiZr靶材的溅射功率密度为4.5 W/cm2 ，溅射沉积时氩气的进气量为40sccm，氮气的进气量为5sccm，氧气的进气量为5sccm，沉积HfNbTaTiZrNO厚度为56nm。
⑸在次吸收层上制备减反射层：以纯度99.99%的Al2O3作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用射频磁控溅射方法制得；其中工作参数：Al2O3靶材的溅射功率密度为7 W/cm2 ，溅射沉积时氩气的进气量为40 sccm，沉积厚度为55 nm。
该涂层在大气质量因子AM1.5条件下，涂层吸收率为0.96，发射率为0.08。
实施例2 一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层，该涂层由粗糙度值为0.5nm的抛光不锈钢片构成的吸热体基底、金属W构成的厚度为40 nm的红外反射层、HfNbTaTiZrN构成的厚度为35 nm的主吸收层、HfNbTaTiZrNO构成的厚度为45 nm的次吸收层和Al2O3构成的厚度为35 nm的减反射层组成。主吸收层是指采用等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr通过熔炼法制备的HfNbTaTiZr高熵合金的氮化物；次吸收层是指采用等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr通过熔炼法制备的HfNbTaTiZr高熵合金的氮氧化物。
其中：HfNbTaTiZr高熵合金同实施例1。
一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴对吸热体基底进行处理：去除基底抛光不锈钢片表面附着的杂质后，分别在丙酮和无水乙醇中超声清洗10分钟，氮气吹干保存。
⑵在处理后的吸热体基底上制备红外反射层：以纯度为99.99%的W作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用直流磁控溅射方法制得；其中工作参数：真空室预抽本底真空至3.5×10-6Torr；W靶材的溅射功率密度为4.5 W/m2 ，溅射沉积时氩气的进气量为20 sccm，沉积W厚度为40 nm。
⑶在红外反射层上制备主吸收层：以纯度为99.9%的HfNbTaTiZr高熵合金作为溅射靶材，在氩气与氮气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：HfNbTaTiZr靶材的溅射功率密度为3.0 W/cm2 ，溅射沉积时氩气的进气量为20 sccm，氮气的进气量为2 sccm，沉积HfNbTaTiZrN的厚度为35 nm。
⑷在主吸收层上制备次吸收层：以纯度为99.9%的HfNbTaTiZr高熵合金作为溅射靶材，在氩气和氮气及氧气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：HfNbTaTiZr靶材的溅射功率密度为3.0 W/cm2 ，溅射沉积时氩气的进气量为20sccm，氮气的进气量为3 sccm，氧气的进气量为2sccm，沉积HfNbTaTiZrNO厚度为45nm。
⑸在次吸收层上制备减反射层：以纯度99.99%的Al2O3作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用射频磁控溅射方法制得；其中工作参数：Al2O3靶材的溅射功率密度为5 W/cm2 ，溅射沉积时氩气的进气量为20 sccm，沉积厚度为35 nm。
该涂层在大气质量因子AM1.5条件下，涂层吸收率为0.95，发射率为0.09。
实施例3 一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层，该涂层由粗糙度值为3 nm的抛光不锈钢片构成的吸热体基底、金属W构成的厚度为65 nm的红外反射层、HfNbTaTiZrN构成的厚度为60 nm的主吸收层、HfNbTaTiZrNO构成的厚度为75 nm的次吸收层和Al2O3构成的厚度为76 nm的减反射层组成。主吸收层是指采用等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr通过熔炼法制备的HfNbTaTiZr高熵合金的氮化物；次吸收层是指采用等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr通过熔炼法制备的HfNbTaTiZr高熵合金的氮氧化物。
其中：HfNbTaTiZr高熵合金同实施例1。
一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴对吸热体基底进行处理：去除基底抛光不锈钢片表面附着的杂质后，分别在丙酮和无水乙醇中超声清洗20分钟，氮气吹干保存。
⑵在处理后的吸热体基底上制备红外反射层：以纯度为99.99%的W作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用直流磁控溅射方法制得；其中工作参数：真空室预抽本底真空至6.5×10-6Torr；W靶材的溅射功率密度为7.5 W/m2 ，溅射沉积时氩气的进气量为60 sccm，沉积W厚度为65 nm。
⑶在红外反射层上制备主吸收层：以纯度为99.9%的HfNbTaTiZr高熵合金作为溅射靶材，在氩气与氮气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：HfNbTaTiZr靶材的溅射功率密度为6.5 W/cm2 ，溅射沉积时氩气的进气量为60 sccm，氮气的进气量为6 sccm，沉积HfNbTaTiZrN的厚度为60 nm。
⑷在主吸收层上制备次吸收层：以纯度为99.9%的HfNbTaTiZr高熵合金作为溅射靶材，在氩气和氮气及氧气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：HfNbTaTiZr靶材的溅射功率密度为6.5 W/cm2 ，溅射沉积时氩气的进气量为60sccm，氮气的进气量为10sccm，氧气的进气量为8sccm，沉积HfNbTaTiZrNO厚度为75nm。
⑸在次吸收层上制备减反射层：以纯度99.99%的Al2O3作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用射频磁控溅射方法制得；其中工作参数：Al2O3靶材的溅射功率密度为10 W/cm2，溅射沉积时氩气的进气量为60 sccm，沉积厚度为76 nm。
该涂层在大气质量因子AM1.5条件下，涂层吸收率为0.95，发射率为0.10。

Claims (3)

1.一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层，其特征在于：该涂层由抛光不锈钢片构成的吸热体基底、金属W构成的红外反射层、HfNbTaTiZrN构成的主吸收层、HfNbTaTiZrNO构成的次吸收层和Al2O3构成的减反射层组成；所述主吸收层是指采用等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr通过熔炼法制备的HfNbTaTiZr高熵合金的氮化物；所述次吸收层是指采用等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr通过熔炼法制备的HfNbTaTiZr高熵合金的氮氧化物；所述吸热体基底的粗糙度值为0.5~3 nm；所述红外反射层的厚度为40~65 nm；所述主吸收层的厚度为35~60 nm；所述次吸收层的厚度为45~75 nm；所述减反射层的厚度为35~76 nm；所述HfNbTaTiZr高熵合金是指将等摩尔比的金属Hf、Nb、Ta、Ti、Zr放入石墨坩埚内，然后将其放入真空熔炼炉并抽真空至4×10-6~7×10-6 Torr，于3000~3500℃熔融后浇筑成型，经切割、打磨即得。
2.如权利要求1所述的一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴对吸热体基底进行处理；
⑵在处理后的所述吸热体基底上制备红外反射层：以纯度为99.99%的W作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用直流磁控溅射方法制得；其中工作参数：真空室预抽本底真空至3.5×10-6~6.5×10-6Torr；W靶材的溅射功率密度为4.5~7.5 W/m2 ，溅射沉积时氩气的进气量为20~60 sccm，沉积W厚度为40~65 nm；
⑶在所述红外反射层上制备主吸收层：以纯度为99.9%的HfNbTaTiZr高熵合金作为溅射靶材，在氩气与氮气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：HfNbTaTiZr靶材的溅射功率密度为3.0~6.5 W/cm2 ，溅射沉积时氩气的进气量为20~60 sccm，氮气的进气量为2~6 sccm，沉积HfNbTaTiZrN的厚度为35~60 nm；
⑷在所述主吸收层上制备次吸收层：以纯度为99.9%的HfNbTaTiZr高熵合金作为溅射靶材，在氩气和氮气及氧气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：HfNbTaTiZr靶材的溅射功率密度为3.0~6.5 W/cm2 ，溅射沉积时氩气的进气量为20~60sccm，氮气的进气量为3~10sccm，氧气的进气量为2~8sccm，沉积HfNbTaTiZrNO厚度为45~75nm；
⑸在所述次吸收层上制备减反射层：以纯度99.99%的Al2O3作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用射频磁控溅射方法制得；其中工作参数：Al2O3靶材的溅射功率密度为5~10 W/cm2 ，溅射沉积时氩气的进气量为20~60 sccm，沉积厚度为35~76 nm。
3.如权利要求2所述的一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤⑴中吸热体基底的处理是指去除基底抛光不锈钢片表面附着的杂质后，分别在丙酮和无水乙醇中超声清洗10~20分钟，氮气吹干保存。
CN201910965110.4A 2019-10-11 2019-10-11 一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层及其制备方法 Active CN110643942B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910965110.4A CN110643942B (zh) 2019-10-11 2019-10-11 一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910965110.4A CN110643942B (zh) 2019-10-11 2019-10-11 一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110643942A CN110643942A (zh) 2020-01-03
CN110643942B true CN110643942B (zh) 2021-07-20

Family

ID=68993915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910965110.4A Active CN110643942B (zh) 2019-10-11 2019-10-11 一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110643942B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113913748B (zh) * 2021-09-28 2024-05-31 武汉大学深圳研究院 光热电站集热管用高熵选择性吸收纳米复合涂层材料及其制备方法和设备
CN114032503A (zh) * 2021-11-08 2022-02-11 福州大学 一种阳光控制类薄膜及其制备方法
CN117535639A (zh) * 2023-11-13 2024-02-09 中国科学院兰州化学物理研究所 非反应磁控溅射制备高熵碳化物太阳能选择性吸收涂层

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104630706A (zh) * 2015-01-21 2015-05-20 北京科技大学 一种高性能光热转化多基元合金氮化物薄膜及其制备方法
CN107190240A (zh) * 2017-04-27 2017-09-22 中国科学院兰州化学物理研究所 一种高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN107267842A (zh) * 2017-06-26 2017-10-20 北京理工大学 一种高熔点高熵合金及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104630706A (zh) * 2015-01-21 2015-05-20 北京科技大学 一种高性能光热转化多基元合金氮化物薄膜及其制备方法
CN107190240A (zh) * 2017-04-27 2017-09-22 中国科学院兰州化学物理研究所 一种高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN107267842A (zh) * 2017-06-26 2017-10-20 北京理工大学 一种高熔点高熵合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110643942A (zh) 2020-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112442668B (zh) 一种高熵合金基光谱选择性太阳能吸收涂层及其制备方法
CN110643942B (zh) 一种光谱选择性高温太阳能吸收涂层及其制备方法
CN110595084B (zh) 一种金属渐变性高温太阳能吸收涂层及其制备方法
CN110699642B (zh) 一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层及其制备方法
CN110701803B (zh) 一种彩色太阳能吸收涂层及其制备方法
CN110592533B (zh) 具有防扩散和抗氧化性能的太阳能吸收涂层及其制备方法
CN103383155A (zh) Ti合金氮化物选择性吸收膜系及其制备方法
CN105970175B (zh) 一种碳化钛-碳化锆高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN102501459A (zh) 一种中高温太阳能选择性吸收涂层的制备方法
CN109338297B (zh) 一种二硼化铪-二硼化锆基高温太阳能吸收涂层及其制备方法
CN102721216A (zh) 高温太阳能选择性吸收涂层
CN109457219B (zh) 一种中低温太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN105970176B (zh) 一种含稀土钇高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN109341116B (zh) 一种Cr-Si-N-O太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN105970177A (zh) 一种碳化钛基高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN106086882B (zh) 一种碳化钛-碳化钨紫色太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
CN110643941B (zh) 在空气中热稳定性能良好的太阳能吸收涂层及其制备方法
CN110527970B (zh) 一种全陶瓷基高温太阳能吸收涂层及其制备方法
CN109338295B (zh) 一种二硼化铪-二氧化铪基高温太阳能吸收涂层及其制备方法
CN109338296B (zh) 一种二硼化锆-氧化锆基高温太阳能吸收涂层及其制备方法
CN116123741A (zh) 一种用于槽式热发电高温真空集热管的太阳光谱选择性吸收涂层及其制备方法
EP3433546B1 (en) Solar selective coating
CN102734966A (zh) 槽式太阳能中温选择吸收涂层
CN112011777B (zh) 一种具有尖晶石结构的高温太阳能吸收涂层
Kondaiah et al. Fabrication of spectrally selective tandem stack of HfZrC/HfZrCN/HfZrON/HfZrO by reactive magnetron sputtering for CSP applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant