CuCoMnOx光谱选择性吸收涂层的制备及性能研究
随着能源和环境问题的日益突出,世界各国都将目光转向了可持续能源的开发及利用.太阳能热利用技术成为最终解决化石能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径之一.而光谱选择性吸收涂层是太阳能热利用系统中的关键材料,对提高光热转换效率,大规模推广太阳能光热应用起着重要的作用.本文总结了太阳光谱选择性吸收涂层的作用机理和制备方法,全面综述了国内外太阳光谱选择性吸收涂层的最新研究成果,成功制备出了CuCoMnOx吸收涂层,并对涂层的光谱选择性、机械性和耐候性做了分析.
本文分别采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备CuCoMnOx颜料,采用喷涂法和溶胶-凝胶法制备CuCoMnOx太阳能选择性吸收涂层.研究了影响颜料和涂层性能的主要因素.涂层的吸收率αs和发射率εT分别由PerkinElmer公司生产的Lambda950紫外/可见/近红外分光光度计(配有150mm积分球)和Bruker公司的TENSOR27型红外光谱仪(配有A562-G/Q积分球)测定.其详细研究内容如下:
1.采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制各CuCoMnOx颜料,研究发现,柠檬酸在合成CoMnCuOx颜料的过程中,一方面作为络合剂和金属离子形成稳定络合物,另一方面作为还原剂与金属硝酸盐发生氧化还原反应,并放出大量热量使燃烧自发快速进行,直到反应完全.此外,研究了溶液pH值、反应温度、煅烧温度的影响,结果表明最佳的制备条件是:溶液pH值为6.5,反应温度为65C,煅烧温度为600C.
2.以CuCoMnOx作为颜料,以丙烯酸改性聚氨酯作为粘结剂,采用喷涂的方法制备CuCoMnOx涂层,研究了颜基比、球磨时间、温度、底材和膜层厚度等因素对涂层光热性能的影响.实验结果表明,颜基比为3∶1,球磨时间为9~12h,铝作底材,膜层厚度为1.9μm时所得涂层的吸收率αs=0.936,发射率εT=0.312,αε/εT=3.0.经测定涂层具有较强的机械性能、耐腐蚀性能和耐候性能.
3.采用溶胶-凝胶技术通过浸渍提拉法制备CuCoMnOx涂层,研究了溶胶浓度、提拉速度、镀膜层数和热处理温度对涂层性能的影响.实验结果表明,溶胶浓度太大形成的涂层过厚,涂层容易发生龟裂,溶胶浓度太低,提拉很难形成均匀的涂层,最佳的溶胶浓度为0.10mol/L;提拉速度也是影响涂层厚度的关键因素,提拉速度越大,涂层越厚,涂层质量越差,考虑到涂层的选择吸收性,确定最佳的提拉速度为200mm/min;镀膜层数的变化也会影响涂层的性能,单次提拉所得涂层的选择吸收性能最好,增加镀膜层数不利于其选择吸收性能的提高;涂层吸收率随热处理温度升高而增大,温度升高到500℃时膜层吸收率为0.860,温度继续升高涂层吸收率无明显变化.
- 作者：
- 于红超
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 有机化学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 刘刚
- 关键词：
- 太阳能；光谱选择性吸收涂层；CuCoMnOx颜料；喷涂法；溶胶-凝胶法
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