專利名稱：以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉又苽浞椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型太陽能吸熱涂層的制備方法，更具體地說，涉及一種 以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉又苽浞椒ā?br> 背景技術(shù)：
太陽能是一種取之不盡用之不竭的清潔能源，然而由于其到達(dá)地球后能量密 度小，給大規(guī)模的開發(fā)利用帶來困難，這就決定了太陽能直接用于日常生活和工 業(yè)生產(chǎn)前，必須提高太陽能的能量密度。太陽能選擇性吸收涂層對可見光的吸收 率很高，而自身紅外輻射率很低，能夠把低品位的太陽能轉(zhuǎn)換成高品位的熱能, 對太陽能起到富集作用，是太陽能熱利用中的關(guān)鍵技術(shù)，對提高集熱器效率至 關(guān)重要。從上世紀(jì)五十年代太陽能選擇性吸收涂層的設(shè)想提出至今，科研人員對此 進(jìn)行了大量的研究，涂層類型和制備方法已經(jīng)多種多樣。目前，根據(jù)吸收原理 和涂層結(jié)構(gòu)的不同，選擇性吸收涂層主要有體吸收型涂層、干涉型吸收涂層、 金屬-電介質(zhì)復(fù)合涂層、表面結(jié)構(gòu)型吸收涂層等種類，制備方法主要有涂料法、 電鍍法、電化學(xué)法、CVD (化學(xué)氣相沉積)法和真空鍍膜法等。在太陽能選擇 性吸收涂層制備中，吸收劑的選擇一直是人們研究的重點(diǎn)，鎳由于有良好的光 吸收性和穩(wěn)定性而作為吸收劑被廣泛應(yīng)用，如^t銜虔學(xué)叛22:^^-"7就報(bào) 道了一種黑鎳涂層的制備方法，并對其光學(xué)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，該涂 層具有良好的太陽能吸收效果。專利號為ZL200510024798.4的中國發(fā)明專利利 用自催化還原法制備了空心鎳或鎳合金粉，該粉體由于其空心結(jié)構(gòu)，在一些應(yīng) 用領(lǐng)域表現(xiàn)出特殊的光、電、磁性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種空心結(jié)構(gòu)的鎳或鎳合 金粉具有極好的光吸收性能。進(jìn)一步研究表明，這種鎳或鎳合金空心球粉可以 與樹脂混合制成涂料，涂覆于鋁板上制備得到太陽能吸熱涂層。到目前為止，這種以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉拥闹苽鋰鴥?nèi)外尚無相關(guān)報(bào) 道。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種以鎳或鎳合金空心球?yàn)?吸收劑的太陽能吸熱涂層制備方法，采用簡單的工藝和設(shè)備，制得高效的太陽 能吸熱涂層。為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明首先利用自催化還原法制備鎳或鎳合金空心球粉， 然后將鎳或鎳合金空心球粉與樹脂和溶劑按一定比例混合，得到均勻的涂料， 再通過噴涂方法，將涂料均勻涂在具有拋光表面的基材上，形成厚度均勻的涂 層，最后將涂層在一定溫度下保溫烘干，得到太陽能吸熱涂層。本發(fā)明以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉又苽浞椒ň唧w包括 如下歩驟1、鎳或鎳合金空心球粉的制備將鎳鹽、堿、還原劑在去離子水中溶解， 分別配制成80~300g/L金屬鹽溶液、10~100g/L堿溶液和20~350g/L的還原劑溶 液。各取1升上述三種溶液分別放入40 95'C的恒溫水浴槽中加熱5 8分鐘，同 時不斷攪拌，使加熱均勻，并在金屬鹽溶液中加入8~20g/L的添加劑0-10ml。 然后將堿溶液倒入金屬鹽溶液中，并攪拌均勻，得到均一的氫氧化物膠體。將 所配制的還原劑倒入膠體中，同時不斷攪拌，反應(yīng)進(jìn)行過程中有大量氣泡冒出， 溶液中出現(xiàn)大量黑色沉淀，待溶液中不再產(chǎn)生氣泡，即反應(yīng)基本完成。將所得 的黑色沉淀過濾后分別經(jīng)氨水、去離子水、丙酮洗滌后，于60 9(TC烘箱中干燥 1 24小時，可得到鎳或鎳合金空心球粉。其中所用的鎳鹽包括硫酸鎳、氯化鎳、硝酸鎳、醋酸鎳。制備鎳合金粉時， 可將鐵、鈷或銅鹽混入鎳鹽中，配制成等濃度的復(fù)合金屬鹽溶液。所用的堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣。所用的還原劑包括次亞磷酸鹽、硼氫化物、水合肼。所用的添加劑包括檸檬酸、乳酸、丁二酸、己二酸、硫脲、丙烯基硫脲、 碘化鉀、鉬酸銨。添加劑可以選擇不加，也可以加入上述一種或幾種。2、 將鎳或鎳合金空心球粉與樹脂和溶劑混合，鎳或鎳合金空心球粉、樹脂 和溶劑的體積比為l: 0.5~3: 0.05-1，充分?jǐn)嚢韬蟮玫酵苛稀Ｆ渲兴玫臉渲ōh(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚脂樹脂、全氟烷氧基樹脂。 所用的溶劑包括乙醇、丙酮。3、 采用涂覆方法，將涂料均勻噴涂在具有拋光表面的基材上，形成厚度為 10 100nm的均勻涂層。其中所用的涂覆方法包括熱噴涂、等離子噴涂、氣體動力噴涂。 所用的涂層基材包括鋁、銅、硅的板材及管材。4、 將涂層在80 200'C下保溫1 3小時，得到太陽能吸熱涂層。 本發(fā)明所制備的太陽能吸熱涂層為金屬-樹脂型復(fù)合涂層，吸收劑為具有空心結(jié)構(gòu)的鎳或鎳合金粉末，填充劑為高分子樹脂，涂層厚度控制在10~100pm， 涂層顏色呈灰黑色或黑色。通過選擇不同粒徑和不同組份的鎳或鎳合金粉體作 為吸收劑，可制備出吸收率為0.96 0.98的太陽能吸熱涂層。本發(fā)明首次提出將自催化還原法制備的空心鎳或鎳合金粉，與樹脂混合制 成涂料，涂覆后可制備出太陽能吸熱涂層。該技術(shù)不僅可以制得以鎳或鎳合金 空心球?yàn)槲談┑母咝柲芪鼰嵬繉?，而且采用的設(shè)備簡單，同時工藝操作 簡單易行。
具體實(shí)施方式
以下通過幾個具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施 例不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。實(shí)施例1:將硫酸鎳、次亞磷酸鈉、氫氧化鈉分別與去離子水配制成260g/L的硫酸鎳 溶液、320g/L次亞磷酸鈉溶液和15g/L的氫氧化鈉堿溶液，將三種溶液各取1 升，同時放入9(TC的恒溫水浴槽中加熱8分鐘，并在硫酸鎳溶液中加入20g/L 的檸檬酸溶液5ml，乳酸2ml， 10g/L的硫脲3ml。然后將氫氧化鈉倒入硫酸鎳 溶液中得到均一的氫氧化鎳膠體。再將次亞磷酸鈉溶液倒入氫氧化鎳膠體中， 同時不斷攪拌，隨后反應(yīng)發(fā)生，大量氣泡冒出，反應(yīng)劇烈進(jìn)行，溶液中出現(xiàn)大量黑色沉淀，待溶液中不再產(chǎn)生氣泡，反應(yīng)完成。將所得的黑色沉淀過濾后分 別經(jīng)氨水、去離子水、丙酮洗滌，于85'C烘箱中干燥2小時，所得粉末為空心 鎳-磷合金粉，磷含量為7.88% ，粉末粒徑為0.3~2pm。將空心球粉和樹脂以下列配比混合均勻，并加入溶劑混合后，通過熱噴涂 方法在拋光的純鋁板上制成厚度20|iun的涂層，將涂層在15(TC下保溫2小時， 得到太陽能吸熱涂層，其平均吸收率約為0.968?？招那蚍?0% (體積比)；樹脂45% (體積比)，丙烯酸樹脂； 溶劑5% (體積比)乙醇。實(shí)施例2:將硝酸鎳、水合肼、氫氧化鈉分別與去離子水配制成150g/L的硝酸鎳溶液、 70g/L水合肼溶液和20g/L的氫氧化鈉堿溶液，將三種溶液各取l升，同時放入 55"C的恒溫水浴槽中加熱5分鐘，然后將氫氧化鈉倒入硫酸鎳溶液中得到均一 的氫氧化鎳膠體。再將水合肼溶液倒入氫氧化鎳膠體中，同時不斷攪拌，隨后 反應(yīng)發(fā)生，大量氣泡冒出，反應(yīng)劇烈進(jìn)行，溶液中出現(xiàn)大量黑色沉淀，待溶液 中不再產(chǎn)生氣泡，反應(yīng)完成。將所得的黑色沉淀過濾后分別經(jīng)氨水、去離子水、 丙酮洗滌，于6(TC烘箱中干燥20小時，所得粉末為空心鎳粉，粉末粒徑分布在 80 100nrn。將空心球粉、樹脂和溶劑以下列配比混合均勻，通過氣體動力噴涂方法在 拋光的銅管上制成厚度50pm的涂層，將涂層在20(TC下保溫1小時，得到太陽 能吸熱涂層，其平均吸收率約為0.973?？招那蚍?0% (體積比)；樹脂60% (體積比)，環(huán)氧樹脂；溶劑10% (體積比)，丙酮。實(shí)施例3:將硫酸鎳200g和硫酸鈷20g配制成1L的復(fù)合金屬鹽溶液，將水合肼和氫 氧化鈉分別配制成100g/L和12g/L的溶液，將三種溶液各取1升，同時放入50°C的恒溫水浴槽中加熱7分鐘，并在復(fù)合金屬鹽溶液中加入乳酸6ml， 丁二酸2ml， 8g/L的鉬酸銨2ml。然后將氫氧化鈉倒入復(fù)合金屬鹽溶液中得到均一的氫氧化物 膠體，再將水合肼溶液倒入膠體溶液中，溶液中出現(xiàn)大量棕黑色沉淀，將所得 的沉淀過濾后分別經(jīng)氨水、去離子水、丙酮洗滌，于卯r烘箱中干燥1.5小時， 所得粉末為鎳-鈷合金空心球，鈷含量為8.0% ，粉末粒徑分布在0.5~0.8nm。將空心球粉和樹脂以下列配比混合均勻，加入溶劑混合后，通過熱噴涂方 法在硅板上制成厚度15nm的涂層，將涂層在IOO'C下保溫3小時，得到太陽能 吸熱涂層，其平均吸收率約為0.979?？招那蚍?0% (體積比)；樹脂36% (體積比)，全氟垸氧基樹脂； 溶劑4% (體積比)乙醇。實(shí)施例4:將硫酸鎳180g和硫酸鈷30g配制成1L的復(fù)合金屬鹽溶液，將次亞磷酸鉀 和氫氧化鉀分別配制成150g/L和60g/L的溶液，將三種溶液各取1升，同時放 入9rC的恒溫水浴槽中加熱5分鐘，并在復(fù)合金屬鹽溶液中加入20g/L的檸檬 酸溶液5ml， 丁二酸2ml， 10g/L的碘化鉀3ml。然后將氫氧化鉀倒入復(fù)合金屬 鹽溶液中得到均一的氫氧化物膠體，再將次亞磷酸鉀溶液倒入膠體溶液中，溶 液中出現(xiàn)大量棕黑色沉淀，將所得的沉淀過濾后分別經(jīng)氨水、去離子水、丙酮 洗滌，于8(TC烘箱中干燥2小時，所得粉末為鎳-鈷-磷合金空心球，鈷含量為 4.0% ，磷含量為5.3% ，粉末粒徑分布在1 3^m。將空心球粉、樹脂和溶劑以下列配比混合均勻，通過等離子噴涂方法在鋁 管上制成厚度80pm的涂層，將涂層在12(TC下保溫2.5小時，得到太陽能吸熱 涂層，其平均吸收率約為0.960。空心球粉22% (體積比)；樹脂65% (體積比)，聚脂樹脂； 溶劑13% (體積比)乙醇。
權(quán)利要求
1、 一種以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉又苽浞椒ǎ涮卣髟谟诎ㄈ缦虏襟E1)將鎳鹽、堿、還原劑在去離子水中溶解，分別配制成80～300g/L金屬鹽溶液、10～100g/L堿溶液和20～350g/L的還原劑溶液；各取1升上述三種溶液分別放入40～95℃的恒溫水浴槽中加熱5～8分鐘，同時不斷攪拌，使加熱均勻，并在金屬鹽溶液中加入8～20g/L的添加劑0～10ml；然后將堿溶液倒入金屬鹽溶液中，攪拌均勻，得到均一的氫氧化物膠體；將所配制的還原劑溶液倒入膠體中，同時不斷攪拌，當(dāng)攪拌反應(yīng)過程中不再產(chǎn)生氣泡，將所得的黑色沉淀過濾后分別經(jīng)氨水、去離子水、丙酮洗滌，然后于60～90℃烘箱中干燥1～24小時，得到鎳或鎳合金空心球粉；2)將鎳或鎳合金空心球粉與樹脂和溶劑混合，鎳或鎳合金空心球粉、樹脂和溶劑的體積比為1∶0.5～3∶0.05～1，充分?jǐn)嚢韬蟮玫酵苛希?)采用涂覆方法，將涂料均勻噴涂在具有拋光表面的基材上，形成厚度為10～100μm的均勻涂層；4)將涂層在80～200℃下保溫1～3小時，得到太陽能吸熱涂層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉又苽?方法，其特征在于配制金屬鹽溶液時，將鐵、鈷或銅鹽混入鎳鹽中，配制成等 濃度的復(fù)合金屬鹽溶液。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉?制備方法，其特征在于所述的鎳鹽為硫酸鎳、氯化鎳、硝酸鎳或醋酸鎳。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l的以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉又苽?方法，其特征在于所述的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鈣。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l的以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉又苽?方法，其特征在于所述的還原劑為次亞磷酸鹽、硼氫化物或水合肼。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l的以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉又苽浞椒?，其特征在于所述的添加劑為擰檬酸、乳酸、丁二酸、己二酸、硫脲、丙 烯基硫脲、碘化鉀、鉬酸銨，取其中一種或幾種。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l的以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉又苽?方法，其特征在于所述的樹脂為環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚脂樹脂或全氟垸氧 基樹脂。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1的以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉又苽?方法，其特征在于所述的溶劑為乙醇或丙酮。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l的以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉又苽?方法，其特征在于所述的涂覆方法為熱噴涂、等離子噴涂或氣體動力噴涂。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1的以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉又?備方法，其特征在于所述的基材采用鋁、銅、硅的板材或管材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以鎳或鎳合金空心球?yàn)槲談┑奶柲芪鼰嵬繉又苽浞椒?，利用自催化還原反應(yīng)制備的鎳或鎳合金空心球粉與樹脂和溶劑按一定比例混合，得到均勻的涂料，再通過噴涂方法，將涂料均勻涂在具有拋光表面的基材上，形成厚度均勻的涂層，最后將涂層在一定溫度下保溫烘干，得到太陽能吸熱涂層。本發(fā)明采用的設(shè)備簡單，工藝簡單易行，所制備的太陽能吸熱涂層為金屬-樹脂型復(fù)合涂層，吸收劑為具有空心結(jié)構(gòu)的鎳或鎳合金粉末，填充劑為高分子樹脂，涂層厚度控制在10～100μm，涂層顏色呈灰黑色或黑色。通過選擇不同粒徑和不同組份的鎳或鎳合金粉體作為吸收劑，可制備出吸收率為0.96～0.98的太陽能吸熱涂層。
文檔編號C09C1/62GK101284958SQ200810038560
公開日2008年10月15日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者仵亞婷, 磊 劉, 李志彬, 彬 沈, 胡文彬, 鄧意達(dá) 申請人:上海交通大學(xué)