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中高温多层结构选择性吸收涂层的制备与研究

中高温多层结构选择性吸收涂层的制备与研究

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作者：柯成竹武汉理工大学

学位级别：硕士

光热发电是太阳能热利用的重要形式之一,研制出能够在中高温大气环境下稳定使用的高性能太阳能选择性吸收涂层是提高光热转化效率的关键。本文从实际需求出发,考虑到包括成本、工艺和实用性能等方面的需求,使用超音速热喷涂法制备的Co-W... 详细信息

光热发电是太阳能热利用的重要形式之一,研制出能够在中高温大气环境下稳定使用的高性能太阳能选择性吸收涂层是提高光热转化效率的关键。本文从实际需求出发,考虑到包括成本、工艺和实用性能等方面的需求,使用超音速热喷涂法制备的Co-WC涂层作为吸收底层,采用溶胶-凝胶法制备的CuCoMnO尖晶石复合氧化物作为辅吸收层并对其进行封孔,采用CuCoMnO-SiO复合溶胶作为过渡层连接吸收层和外层的SiO减反层,以此多层设计来结合超音速喷涂层的优异中高温稳定性和溶胶凝胶涂层的优异光谱选择性,从而制备出能够稳定在中高温大气环境中使用的高性能选择性吸收涂层。然后进一步使用Ni对CuCoMnO溶胶进行掺杂改性,改善其光谱选择性能和中高温热稳定性能,从而再次提高多层涂层的整体性能。在多层结构选择性吸收涂层中,CuCoMnO溶胶和Co-WC喷涂层之间的润湿角小于10°,溶胶层和喷涂层之间有十分良好的结合性,进一步分析结合条件表明:当对Co-WC层打磨10min,粗糙度约为1.78μm时,使用4000r/min的旋涂速度涂敷CuCoMnO溶胶能够使两层涂层有较好的光谱选择性。其次,过渡封孔层和辅吸收层之间的界面明显,局部有相融态的晶体,元素分布呈现梯度特征,表现出较好的过渡性。随着溶胶层的涂敷,涂层表面的孔隙缺陷不断减小,表面粗糙度不断降低,涂层的吸收发射率由0.821/0.434提升到了0.914/0.291。将多层结构涂层在500℃大气环境下保温250h后,涂层的表面出现了一定的裂纹,光学性能退化呈现梯度特征,层间元素发生了扩散。得益于溶胶层的保护,最终吸收发射率为0.901/0.323,PC值为0.0305物,而是优先存在于尖晶石晶格中使尖晶石晶格畸变,平均晶粒尺寸随着掺杂量增加先减小后增大,当掺杂量为5%时,平均晶粒尺寸最小为20.94nm±0.5nm,当提拉速度为40mm/min,500℃退火处理90min时能够得到晶粒均匀分布的平滑表面,单层提拉吸收发射率最高可达0.943/0.180。在550℃大气环境下同时对掺杂前后的CuCoMnO薄膜保温120h,掺杂后薄膜性能的衰退速度远低于原涂层。将多层结构中溶胶层替换为Ni(CuCoMnO)溶胶后得到的Co-WC/Ni(CuCoMnO)/Ni(CuCoMnO)-SiO/SiO四层结构涂层的吸收发射率为0.928/0.274。同样对该涂层进行500℃热稳定实验,经过250h保温,涂层的吸收发射率为0.911/0.295,PC值仅为0.0255,其衰退速度远低于原多层结构涂层,光学性能的衰退符合实验要求,多层涂层的综合性能得到了进一步的提升。

关键词：多层结构涂层掺杂改性 cucomnox氧化物太阳能选择性吸收涂层

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