Cr_2O_3太阳能选择性吸收薄膜的制备与研究

【摘要】：在世界经济迅猛发展和化石能源面临枯竭的矛盾中,清洁的可再生能源的开发利用成为一种必然。本文对国内外太阳能热利用的研究现状进行综合分析。研究了太阳能选择性吸薄膜的基本原理与制备方法,并成功制备高吸收率、低发射率的Cr203选择性吸收薄膜。 本文分别采用等离子喷涂和溶胶凝胶两种方法制备Cr203太阳能选择性能吸收涂层。研究了影响材料性能的主要因素。用Lambda 750型UV-Vis-NIR分光光度计和Tensor 27型BRUKER红外光谱仪分别测试薄膜在可见-近红外光谱区和红外光谱区的反射光谱。 研究发现,采用等离子喷涂法制备Cr/Cr2O3选择性吸收薄膜。在不同金属百分含量的涂层中,氧化铬含量越高,涂层吸收率越高；金属含量越高,薄膜的发射率越低。 其次对于溶胶凝胶法制备的Cr203溶胶。研究发现,溶胶制备过程中,溶胶浓度、添加剂的加入、氨水滴加方式对薄膜性能的影响很大；对不锈钢基体的表面处理分别采用喷砂处理和用氧化液腐蚀两种不同的处理的方式,研究基表面不同的处理方式对薄膜性能的影响。 1、对不同的浓度Cr203溶胶,在基体表面成膜时,0.3mol/L、0.25mol/L、0.2mol/L所形成的薄膜在晶化过程中容易形成裂纹,在加入添加剂控制溶胶反应速度后,可以改善薄膜的表面形态,但添加剂的存在对薄膜ε的影响很大。虽然后续的热处理过程能够除去大部分的有机物,但还是会有少量残留在涂层内部导致薄膜辐射率的提高。 2、为了提高溶胶与不锈钢基体的结合力,本实验分别采用喷砂处理和用氧化液处理两种方法,使不锈钢表面形成一定粗糙度,起到应力缓解和增加薄膜与基体结合力的作用。不锈钢基体的表面形貌对薄膜α、ε影响很大。当基体采用光亮不锈钢时,薄膜整体性能明显提高,材料的性能得到质的提高。对发射率的影响尤其明显。薄膜发射率由0.4左右降低到0.27左右。随着基体腐蚀时间的增长,薄膜吸收率整体呈现逐步增加；而辐射率却是先减小后增大。α/ε则在腐蚀时间为40min时出现最大值。 【关键词】：太阳能选择吸收 溶胶凝胶法 不锈钢表面处理 红外反射 Cr_2O_3
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 课题背景8
• 1.2 太阳辐射能量8-9
• 1.3 太阳能选择性吸收原理9-11
• 1.4 太阳能选择吸收薄膜的分类11-12
• 1.5 制备方法12-14
• 1.6 国内外研究现状14-15
• 1.7 课题研究内容和意义15-18
• 1.7.1 课题研究主要内容及存在问题15-16
• 1.7.2 课题研究意义16-18
• 第二章 试验材料、设备及方法18-26
• 2.1 试验原料18-19
• 2.2 试验设备及测试仪器19-21
• 2.2.1 XRD分析19
• 2.2.2 TG-DSC分析19-20
• 2.2.3 SEM20
• 2.2.4 表面粗糙度的测定20
• 2.2.5 薄膜吸收率α、发射率ε的测定20-21
• 2.3 拟采取的技术路线21-26
• 2.3.1 等离子喷涂法制备Cr/Cr_2O_3选择吸收涂层21-23
• 2.3.2 溶胶凝胶法制备Cr_2O_3选择吸收薄膜23-26
• 2.3.2.1 Cr_2O_3溶胶的制备23
• 2.3.2.2 不锈钢基体的表面预处理23-24
• 2.3.2.3 涂膜24-25
• 2.3.2.4 薄膜的干燥与烧结25-26
• 第三章 等离子喷涂法制备Cr/Cr_2O_3涂层26-34
• 3.1 等离子喷涂层的制备26-27
• 3.2 不同金属体积分数涂层性能的影响27-29
• 3.2.1 不同Cr金属百分含量涂层XRD分析27-28
• 3.2.2 不同Cr金属体积含量涂层的α、ε性能比较28-29
• 3.3 不同热处理温度对纯Cr涂层α、ε影响29-32
• 3.3.1 不同热处理温度下Cr涂层XRD分析29-30
• 3.3.2 纯金属Cr喷涂层热处理前后的表面形貌图30-31
• 3.3.3 不同热处理温度下纯金属Cr喷涂层的α、ε31-32
• 3.4 本章小结32-34
• 第四章 Cr_2O_3溶胶的制备与研究34-42
• 4.1 Cr_2O_3溶胶的制备34-35
• 4.2 Cr_2O_3干凝胶热分析35-36
• 4.3 溶胶制备影响因素36-39
• 4.3.1 氨水滴加方式对Cr_2O_3溶胶质量的影响36-37
• 4.3.2 添加剂对薄膜性能的影响37-39
• 4.4 不同热处理温度对Cr_2O_3晶体的影响39-42
• 4.4.1 XRD39-40
• 4.4.2 不同热处理温度对干凝胶粉末的影响40-42
• 第五章 Cr_2O_3薄膜的制备与研究42-54
• 5.1 不同不锈钢基体的处理方式42-44
• 5.1.1 不锈钢基体表面处理后的SEM42-43
• 5.1.2 氧化液腐蚀43-44
• 5.2 不同的基体表面处理方式下材料的α、ε44-48
• 5.2.1 喷砂不锈钢基体44-46
• 5.2.2 氧化液处理不锈钢基体46-47
• 5.2.3 氧化液处理后Cr_2O_3薄膜的表面形貌图47-48
• 5.3 抛光不锈钢基体材料的吸收发射率结果48-52
• 5.3.1 表面粗糙度的测定48-50
• 5.3.2 抛光不锈钢基体不同氧化液处理时间下薄膜性能测试50-52
• 5.4 Cr_2O_3薄膜抗热震性试验52-54
• 第六章 结论与展望54-57
• 6.1 试验小结54-56
• 6.2 试验展望56-57
• 参考文献57-60
• 致谢60-61
• 附录61

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