太阳能光谱选择性吸收材料应用分析

太阳能光谱选择性吸收材料应用分析 目前，平板集热器中吸热板主要应用材料有：阳极氧化、黑铬和“蓝膜” 三大类，而且 在市场还形成了一个高、中、低档之分，实际上这只能是从表面现象的一个主观判断，客 观上我们应从材料自有的本质性能，结合实际的使用状况，来理性分析与选择。在这里， 我想从材料及应用的角度，阐述一下对它们的理解。 一、吸收材料是由基材和涂层材料复合后形成的有特殊功能的一种新材料。 基材通常我们可选择是热传导性能较好，便于规模生产和加工的金属材料，主要是铜、 铝、钢材等，比较而言，铜基材最为理想，但价格偏高；铝、钢基材使用性能稍差一些， 但价格相对较低，成为了首选。 1.涂层材料 5 大类 涂层材料：主要解决太阳光谱的选择性吸收功能，根据其吸收原理可分五大类：①本 征吸收涂层（半导体和过渡金属） ②光干涉型涂层（TiOxNy ） ③多层渐变膜型涂层（渐变 Al-N/Al） ④金属陶瓷复合涂层（M-AlN） ⑤光学陷阱涂层。 2.统一考虑涂层与基材复合后的性能 由于基材与涂层材料有各自的特性，复合在一起就会造成相互影响，从而影响新材料 的性能和使用寿命。例如一般涂层的耐蚀性都较好，而基材的耐蚀性较差；基材的物理性 能较好，而涂层材料的物理性能相对较差。因此我们不能孤立分析涂层或金属基材，而是 应统一考虑它就是一种有特殊性能的新材料，根据该类新材料的使用需求，应有如下性能 要求： ①光热性能：吸收率 α 发射率 ε 衰减率 x ②结合力性能 ③耐蚀性、耐湿热疲劳性 ④韧性和热膨胀性 ⑤焊接性能 ⑥分子结构的稳定性能。 二、电镀黑铬涂层材料分析 1.黑铬涂层不但具有优良的光学性能，而且具有非常优异的耐蚀和耐湿热疲劳性能， 特殊结构材料的表面现应使得它具有高稳定的结构状态； 2.黑铬涂层主要通过电镀方法制备，优点：适合连续规模生产，便于生产过程控制； 涂层与基材的以化学键的方式结合，结合力最佳；通过优化工艺，选择功能性的中间镀层， 提高新材料整体综合性能水平；投资较小。 3.海达克公司的各类黑铬涂层材料工厂标准如下： 4.海达克公司自 2006 年开始批量供应黑铬涂层材料近八年，从国内外的客户反馈信 息看，目前尚无一例因涂层产品功能和物理化学破坏造成损失，也佐证了这种涂层材料的 稳定性。 5.海达克公司的黑铬涂层产品已具规模，特别是整板铝带线通过 1 年多的持续改进， 品质、生产管控以及客户服务均逐渐成熟。 三、“蓝膜”涂层材料分析 1.“蓝膜”涂层材料具有极好的光学性能，同时具有非常优良的高温性能，膜层自身的耐 蚀性能也非常好； 2.“蓝膜”主要通过物理气相沉积和磁控溅射实现，加工制备过程可实现全自动控制； 3.“蓝膜”涂层材料的缺陷如下： ①非常大的投入，复杂的设备系统和工艺控制系统很难降低成本，有非常明显的技术 门槛； ②由于膜层非常薄，且与基材的韧性及热膨胀系数相差较大，在相对恶劣的环境下， 涂层表面易产生微裂纹，从而腐蚀基材并造成固氮功能减退变色； ③由此设制了使用条件：在真空或还原保护气氛下非常合适，或者密封非常好，或者 在高寒地区或干燥地区使用较好，这样可以延长使用寿命。 四、阳极氧化着色涂层材料分析 1.阳极氧化着色涂层材料也具有较好的光学性能，同时其高温稳定性和耐蚀性也较好； 2.制备装备和工艺均较简单，技术门槛较低，所以生产成本低； 3.阳极氧化着色涂层材料的致命缺陷，主要是寿命较短，这是由它的特性决定的。铝 材通过反复在酸液中电解氧化形成多孔的氧化铝膜后，再在 Ni、Sn 电解液中交流电解， 形成锡镍合金与多孔的氧化铝膜组合成蓝黑色的复合涂层，具有光谱选择性吸收动能，而 锡镍合金此时是以金属间化合物存在在涂层中的，金属间化合物主要是分子结构不稳定， 在一定条件一定时间后，会分解成分子结构更稳定的氧化物，此时选择性功能性就会大幅 下降。 五、总结 1.不同的应用需求选择不同的涂层材料，在比较和竞争中共同发展，这是行业发展的 原动力。 2.黑铬涂层产品在该类材料的特性中有无可比拟的性价比优势，特别在与建筑一体化 应用中的安全性。 3.该类别的新材料从制备到功能满足，涉及了多学科、多领域，通过不断的吸收消化， 应有更大的发展前景。