一種金屬-介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種金屬-介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層。所述的涂層在襯底上依次是紅外反射層、吸收層、減反層。涂層的吸收層由金屬涂層和介質(zhì)涂層交替鍍制而成，共2～7層，且自上而下第一層為金屬涂層。涂層的顏色通過(guò)改變吸收層中的金屬涂層或介質(zhì)涂層的層數(shù)和厚度組合，或改變減反層的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)。本專利的太陽(yáng)選擇性吸收涂層具有太陽(yáng)光吸收率高，紅外熱發(fā)射率低，光熱轉(zhuǎn)換效率高，涂層顏色可調(diào)，制備工藝容易控制，生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)，特別適用于太陽(yáng)能集熱器與建筑一體化的場(chǎng)合。
【專利說(shuō)明】—種金屬-介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換材料、太陽(yáng)能集熱器領(lǐng)域，具體是指一種金屬-介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能作為理想的可持續(xù)清潔能源受到了人們的密切關(guān)注。目前對(duì)太陽(yáng)能的利用主要體現(xiàn)在光熱、光電和光化學(xué)轉(zhuǎn)換等方面。太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換最直接的方法是利用高太陽(yáng)光吸收和低熱發(fā)射的太陽(yáng)能集熱器。太陽(yáng)能集熱器的表面通常采用涂上黑色的吸收涂層來(lái)達(dá)到對(duì)太陽(yáng)能吸收率的最大化，但是表面黑色的集熱器在與建筑物一體化的過(guò)程中受到了限制，因?yàn)橄啾扔诤谏奶?yáng)能集熱器，85%的居民更喜歡彩色的太陽(yáng)能集熱器。所以，擁有一個(gè)美麗外觀的太陽(yáng)能集熱器不僅在實(shí)現(xiàn)與建筑一體化過(guò)程中扮演了十分重要的角色，而且在推動(dòng)太陽(yáng)能集熱器大面積使用上也起到了很好的推動(dòng)作用。針對(duì)這一情況，本發(fā)明提出一種金屬/介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一在于提供一種金屬/介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)光熱吸收涂層。
[0004]本發(fā)明的目的之二是提供一種顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層制備方法。
[0005]本發(fā)明提供的太陽(yáng)光熱吸收涂層具有太陽(yáng)能吸收率高，紅外熱發(fā)射率低，光熱轉(zhuǎn)換效率高，涂層顏色可調(diào)，制備工藝容易控制，生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)，特別適用于與建筑物一體化的太陽(yáng)能集熱器。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種金屬-介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層，涂層由金屬/介質(zhì)和襯底構(gòu)成，且自下而上分別為襯底、紅外反射層、吸收層和減反層疊合而成，其中:
所述的減反層位于涂層的最上面，是由氮化鋁膜、氧化鋁膜或氧化硅膜中的一種構(gòu)成，涂層厚度為2到100納米。通過(guò)改變減反層的厚度可調(diào)節(jié)涂層顏色。
[0007]所述的吸收層，位于減反層之下，共有2?7層，自上而下第一層為金屬涂層，分別由鈦或鉻中的一種金屬涂層和氮化鋁、氧化鋁或氧化硅中的一種介質(zhì)涂層交替鍍制而成。
[0008]所述的紅外反射層位于吸收層之下，為單層結(jié)構(gòu)。紅外反射涂層是銅、鋁或銀涂層中的一種，厚度范圍為120到200納米。
[0009]所述的襯底位于紅外反射層之下，是由石英片、銅片、鋁片或不銹鋼片構(gòu)成。
[0010]本專利所述的一種金屬-介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層可通過(guò)磁控濺射鍍制。制備過(guò)程如下:
1、在石英片、銅片、鋁片或不銹鋼片構(gòu)成的襯底上鍍制一層紅外反射層，其制備方法直接采用金屬銅、金屬鋁、金屬銀靶進(jìn)行濺射鍍制。涂層厚度范圍為120到200納米，太薄會(huì)影響太陽(yáng)能吸收率和發(fā)射率，太厚會(huì)降低與襯底間的附著能力。
[0011]2、在紅外反射層上交替鍍制金屬涂層和介質(zhì)涂層作為吸收層，且自上而下第一層為金屬涂層。金屬涂層是鈦膜或鉻膜，膜層厚度范圍為2到30納米。其制備方法直接采用金屬鈦或金屬鉻靶進(jìn)行濺射鍍制。介質(zhì)涂層是氮化鋁膜、氧化鋁膜或氧化硅膜，膜層厚度范圍為10到100納米。氮化鋁膜采用金屬鋁靶，以氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)濺射；或者采用氮化鋁靶直接進(jìn)行濺射鍍制。氧化鋁膜采用金屬鋁靶，以氧氣作為反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)濺射；或者采用氧化鋁靶直接進(jìn)行濺射鍍制。氧化硅膜采用硅靶，以氧氣作為反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)濺射；或者采用氧化硅靶直接進(jìn)行濺射鍍制。
[0012]3、在吸收層上鍍制一層減反層，減反層是氮化鋁膜、氧化鋁膜或氧化硅膜，膜層厚度范圍為2到100納米。通過(guò)調(diào)節(jié)減反層的厚度調(diào)節(jié)涂層的顏色。氮化鋁膜采用金屬鋁靶，以氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)濺射；或者采用氮化鋁靶直接進(jìn)行濺射鍍制。氧化鋁膜采用金屬鋁靶，以氧氣作為反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)濺射；或者采用氧化鋁靶直接進(jìn)行濺射鍍制。氧化硅膜采用硅靶，以氧氣作為反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)濺射；或者采用氧化硅靶直接進(jìn)行濺射鍍制。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:該太陽(yáng)光熱吸收涂層制備方法簡(jiǎn)單、成本低、易于工業(yè)化。在保持太陽(yáng)光熱吸收涂層具有高太陽(yáng)光吸收率和低紅外熱發(fā)射率的前提下，實(shí)現(xiàn)涂層顏色多樣化，滿足市場(chǎng)對(duì)太陽(yáng)能集熱器個(gè)性化需求，具有很好的市場(chǎng)前景。
[0014]本發(fā)明專利的太陽(yáng)光熱吸收涂層，具有太陽(yáng)能吸收率高，紅外熱發(fā)射率低，光熱轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)，通過(guò)改變吸收層中的金屬涂層或介質(zhì)涂層的層數(shù)和厚度組合，或改變減反層的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)吸收涂層顏色多樣化。從而實(shí)現(xiàn)吸收涂層的顏色與建筑物的外觀相匹配。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]附圖1是本發(fā)明的金屬/介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]附圖2本發(fā)明實(shí)施例1所述的一種紫色太陽(yáng)光熱吸收涂層的反射譜圖。
[0017]附圖3本發(fā)明實(shí)施例2所述的一種黃綠色太陽(yáng)光熱吸收涂層的反射譜圖。
[0018]附圖4本發(fā)明實(shí)施例3所述的一種藍(lán)色太陽(yáng)光熱吸收涂層的反射譜圖。
[0019]附圖5本發(fā)明實(shí)施例4所述的一種粉紅色太陽(yáng)光熱吸收涂層的反射譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本專利的內(nèi)容、技術(shù)方案更加清楚明白，現(xiàn)結(jié)合附圖以實(shí)施例的方式對(duì)本專利作進(jìn)一步的說(shuō)明:
圖1中，I為襯底；2為紅外反射層；3為吸收層，該吸收層由2?7層金屬涂層和介質(zhì)涂層交替鍍制而成，且最上層為金屬涂層；4為減反層。
[0021]實(shí)施例1:
一種紫色的太陽(yáng)光熱吸收涂層及其制備方法。
[0022]此太陽(yáng)光熱吸收涂層自下而上的組成依次為襯底、紅外反射層、吸收層和減反層，其中吸收層由氮化鋁膜和鈦膜組成，具體膜層成分如下:
石英片 /Cu/Ti/A1N/Ti/A1N。
[0023]本實(shí)施例以磁控濺射設(shè)備為例，其制備方法如下:
首先，以石英片作為襯底，采用直流磁控濺射在石英片上鍍制銅膜。所用靶材為金屬銅靶，通過(guò)濺射240秒使銅膜厚度達(dá)到120納米。
[0024]然后，采用直流磁控濺射在銅膜上鍍制鈦膜，所用靶材為金屬鈦靶，通過(guò)濺射47秒使鈦膜厚度達(dá)到24納米；以金屬鋁為靶材，通入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體在鈦膜上鍍制氮化鋁膜，通過(guò)濺射265秒使氮化鋁膜厚度達(dá)到52納米；以金屬鈦?zhàn)鳛榘胁?，采用直流磁控濺射在氮化鋁膜上鍍制鈦膜，通過(guò)濺射49秒使鈦膜厚度達(dá)到25納米；
最后，繼續(xù)以金屬鋁為靶材，通入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體在鈦膜上鍍制氮化鋁膜，通過(guò)濺射420秒使氮化鋁膜厚度達(dá)到83納米；
這樣，一種紫色的太陽(yáng)光熱吸收涂層就制備完成了，其反射譜如圖2所示。該吸收涂層具有高太陽(yáng)能吸收率為0.94，低熱發(fā)射率為0.05。
[0025]實(shí)施例2:
一種黃綠色的太陽(yáng)光熱吸收涂層及其制備方法。
[0026]此太陽(yáng)光熱吸收涂層自下而上的組成依次為襯底、紅外反射層、吸收層和減反層，其中吸收層由氮化鋁膜和鈦膜組成，具體膜層成分如下:
石英片 /Cu/A1N/Ti/A1N/Ti/A1N。
[0027]本實(shí)施例以磁控濺射設(shè)備為例，其吸收涂層的制備方法如下:
首先，以石英片作為襯底，采用直流磁控濺射在石英片上鍍制鋁膜。所用靶材為金屬鋁靶，通過(guò)濺射240秒使鋁膜厚度達(dá)到120納米。
[0028] 然后，以金屬鋁為靶材，通入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體在銅膜上鍍制氮化鋁膜，通過(guò)濺射280秒使氮化鋁膜厚度達(dá)到55納米；以金屬鈦?zhàn)鳛榘胁?，采用直流磁控濺射在氮化鋁膜上鍍制鈦膜，通過(guò)濺射32秒使鈦膜厚度達(dá)到16納米；以金屬鋁為靶材，通入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體在鈦膜上鍍制氮化鋁膜，通過(guò)濺射320秒使氮化鋁膜厚度達(dá)到63納米；以金屬鈦?zhàn)鳛榘胁模捎弥绷鞔趴貫R射在氮化鋁膜上鍍制鈦膜，通過(guò)濺射35秒使鈦膜厚度達(dá)到18納米；
最后，繼續(xù)以金屬鋁為靶材，通入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體在鈦膜上鍍制氮化鋁膜，通過(guò)濺射305秒使氮化鋁膜厚度達(dá)到60納米；
這樣，一種黃綠色的太陽(yáng)光熱吸收涂層就制備完成了，其反射譜如圖3所示。該吸收涂層具有高太陽(yáng)能吸收率為0.92，低熱發(fā)射率為0.05。
[0029]實(shí)施例3:
一種藍(lán)色的太陽(yáng)光熱吸收涂層及其制備方法。
[0030]此太陽(yáng)光熱吸收涂層自下而上的組成依次為襯底、紅外反射層、吸收層和減反層，其中吸收層由氧化鋁膜和鈦膜組成，具體膜層成分如下:
鋁片 /Ag/Al203/Ti/ Al2O3Ai/ Al2O30
[0031]本實(shí)施例以磁控濺射設(shè)備為例，其吸收涂層的制備方法如下:
首先，以石英片作為襯底，采用直流磁控濺射在石英片上鍍制銀膜。所用靶材為金屬銀靶，通過(guò)濺射150秒使銀膜厚度達(dá)到120納米。
[0032]然后，以金屬鋁為靶材，通入氧氣作為反應(yīng)氣體在銀膜上鍍制氧化鋁膜，通過(guò)濺射225秒使氧化鋁膜厚度達(dá)到36納米；以金屬鈦?zhàn)鳛榘胁模捎弥绷鞔趴貫R射在氧化鋁膜上鍍制鈦膜，通過(guò)濺射62秒使鈦膜厚度達(dá)到30納米；以金屬鋁為靶材，通入氧氣作為反應(yīng)氣體在鈦膜上鍍制氧化鋁膜，通過(guò)濺射156秒使氧化鋁膜厚度達(dá)到25納米；以金屬鈦?zhàn)鳛榘胁?，采用直流磁控濺射在氧化鋁膜上鍍制鈦膜，通過(guò)濺射25秒使鈦膜厚度達(dá)到12納米； 最后，繼續(xù)以金屬鋁為靶材，通入氧氣作為反應(yīng)氣體在鈦膜上鍍制氧化鋁膜，通過(guò)濺射544秒使氧化鋁膜厚度達(dá)到87納米；
這樣，一種藍(lán)色的太陽(yáng)光熱吸收涂層就制備完成了，其反射譜如圖4所示。該吸收涂層具有高太陽(yáng)能吸收率為0.94，低熱發(fā)射率為0.03。
[0033]實(shí)施例4
一種粉紅色的太陽(yáng)光熱吸收涂層及其制備方法。
[0034]此太陽(yáng)光熱吸收涂層自下而上的組成依次為襯底、紅外反射層、吸收層和減反層，其中吸收層由氧化硅膜和鉻膜組成，具體膜層成分如下:
不銹鋼片 /Al/Si02/Cr/ Si02/Cr/ SiO2。
[0035]本實(shí)施例以磁控濺射設(shè)備為例，其吸收涂層的制備方法如下:
首先，以不銹鋼片作為襯底，采用直流磁控濺射在不銹鋼片上鍍制鋁膜。所用靶材為金屬鋁靶，通過(guò)濺射380秒使鋁膜厚度達(dá)到120納米。
[0036]然后，以硅為靶材，通入氧氣作為反應(yīng)氣體在銅膜上鍍制氧化硅膜，通過(guò)濺射278秒使氧化硅膜厚度達(dá)到39納米；以金屬鉻作為靶材，采用直流磁控濺射在氧化硅膜上鍍制鉻膜，通過(guò)濺射18秒使鉻膜厚度達(dá)到7納米；以硅為靶材，通入氧氣作為反應(yīng)氣體在鉻膜上鍍制氧化硅膜，通過(guò)濺射650秒使氧化硅膜厚度達(dá)到91納米；以金屬鉻作為靶材，采用直流磁控濺射在氧化硅膜上鍍制鉻膜，通過(guò)濺射13秒使鉻膜厚度達(dá)到5納米；
最后，繼續(xù)以硅為靶材，通入氧氣作為反應(yīng)氣體在鉻膜上鍍制氧化硅膜，通過(guò)濺射585秒使氧化硅膜厚度達(dá)到82納米；
這樣，一種粉紅色的太陽(yáng)光熱吸收涂層就制備完成了，其反射譜如圖5所示。該吸收涂層具有高太陽(yáng)能吸收率為0.95，低熱發(fā)射率為0.04。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬/介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層，其特征是:在襯底I上依次是紅外反射層、吸收層、減反層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬/介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層，其特征在于:所述的襯底I可以是石英片、銅片、鋁片或不銹鋼片中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬/介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層，其特征在于:所述的紅外反射層是銅膜、鋁膜或銀膜中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬/介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層，其特征在于:所述的吸收層是由金屬涂層、介質(zhì)涂層交替鍍制而成，共2?7層，且自上而下第一層為金屬涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬/介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層，其特征在于:所述的金屬涂層是鈦膜或鉻膜中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬/介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層，其特征在于:所述的介質(zhì)涂層是氮化鋁膜、氧化鋁膜或氧化硅膜中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬/介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層，其特征在于:所述的減反層是氮化鋁膜、氧化鋁膜或氧化硅膜中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬/介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)顏色可調(diào)的太陽(yáng)光熱吸收涂層，其特征在于:所述的顏色可調(diào)是通過(guò)改變吸收層中的金屬涂層或介質(zhì)涂層的層數(shù)和厚度組合，或改變減反層的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
【文檔編號(hào)】B32B15/00GK103727693SQ201410011783
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月11日
【發(fā)明者】賴發(fā)春, 吳楊微, 楊睿華, 林麗梅, 鄭衛(wèi)鋒 申請(qǐng)人:福建師范大學(xué)