魏紅陽,常萌蕾,陳東初,王梅豐,葉秀芳
(1佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 材料科學(xué)與能源工程學(xué)院,廣東 佛山 528000;2南昌航空大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,南昌 330063)
太陽能吸收AAO復(fù)合氧化膜的制備與性能
魏紅陽1,2,常萌蕾1,陳東初1,王梅豐2,葉秀芳1
(1佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 材料科學(xué)與能源工程學(xué)院,廣東 佛山 528000;2南昌航空大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,南昌 330063)
通過陽極氧化技術(shù)制備高度有序的多孔陽極氧化鋁(AAO),交流擴(kuò)孔后,在不同條件下向氧化鋁孔內(nèi)以50Hz的交流頻率沉積Cu-Ni納米復(fù)合粒子。經(jīng)光譜測試分析可知:在電壓12V、時(shí)間600s、溫度25℃條件下制備的涂層具有良好的太陽光吸收性能,吸收率為0.91、發(fā)射率為0.18、品質(zhì)因子為4.9 。經(jīng)SEM,XRD分析可知,復(fù)合氧化膜涂層表面得到CuAl2O4/Cu-Ni復(fù)合納米棒陣列。目標(biāo)涂層經(jīng)600℃高溫處理后,吸收率、發(fā)射率波動(dòng)很小,涂層體系的熱穩(wěn)定性得到提高。其中,CuAl2O4的存在限制高溫環(huán)境下Cu,Ni金屬顆粒在界面處的擴(kuò)散,減小氧化概率。
陽極氧化鋁;交流電沉積;Cu-Ni納米復(fù)合粒子;吸收率;發(fā)射率
利用太陽能的各種新材料、新設(shè)計(jì)、新技術(shù)成為當(dāng)今新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1-5]。太陽能直接利用的方式主要是光熱轉(zhuǎn)化技術(shù)[6]。平板型集熱器廣泛地應(yīng)用于太陽能熱水系統(tǒng)[7],太陽能吸收涂層是集熱器的關(guān)鍵組成部分。依據(jù)光譜選擇性吸收涂層的吸收原理、涂層結(jié)構(gòu),主要可以將其歸為以下幾類:本征吸收涂層、漸變型吸收涂層、表面紋理型吸收涂層、金屬-電介質(zhì)復(fù)合吸收涂層[8]。制備太陽能吸收涂層的方法也多種多樣,其中,在多孔氧化鋁內(nèi)部沉積一定厚度的金屬構(gòu)成的金屬-氧化鋁復(fù)合材料表現(xiàn)出了太陽光的選擇吸收性。金屬-氧化鋁復(fù)合材料中,多孔氧化鋁提供了一個(gè)理想的低介電常數(shù)的電介質(zhì)環(huán)境,納米級大小的金屬/半導(dǎo)體顆粒組成的納米棒豎立在其中,主要起到吸收光的作用[9-13]。一直以來,太陽能吸收涂層受到不少研究者的關(guān)注,但其大多數(shù)吸收涂層熱穩(wěn)定性較差,在高溫環(huán)境的應(yīng)用還不夠成熟,Ding等[14]利用電化學(xué)方法在氧化鋁孔中原位沉積CuAl2O4/Cu復(fù)合納米棒陣列,該陣列具有良好的光吸收性,但其溫度超過300℃以后涂層品質(zhì)因子開始下降。Gao等[15]用超音速火焰噴涂制備了Ni-Mo復(fù)合涂層,并加以激光處理,對涂層中Ni-Mo金屬相在涂層中的所占物相比例對光譜吸收的影響做出了研究,其吸收率最高為0.88。本工作在AAO氧化膜中通過交流共沉積Cu-Ni納米復(fù)合粒子,研究了電沉積溶液配方和工藝條件,從而制備出太陽能吸收性能優(yōu)越、高溫?zé)岱€(wěn)定性更好的吸收涂層。研究發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)制備的涂層吸收率可以達(dá)到0.91,發(fā)射率可以低至0.18,而且涂層體系的熱穩(wěn)定性得到改善,經(jīng)600℃高溫處理后,吸收率與發(fā)射率波動(dòng)很小。
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
采用退火狀態(tài)的6063鋁合金板材,6063合金中的主要合金元素為鎂與硅,試樣尺寸規(guī)格:50mm×50mm×2mm。
所需試劑有堿蝕液:45g/L NaOH,2g/L C12H25SO4Na;酸洗液:10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)H2SO4,4% HNO3;陽極氧化電解液:17%H2SO4;擴(kuò)孔液:90~110g/L H3PO4;電沉積液:40g/L NiSO4·6H2O,4g/L CuSO4,25g/L H3BO4(pH=4.0),15g/L MgSO4·7H2O,3g/L C6H5O7(NH4)3。
1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
采用EOECD-30A型氧化著色實(shí)驗(yàn)電源,對6063鋁合金試樣進(jìn)行氧化、交流擴(kuò)孔、交流電沉積。在氧化、沉積過程中用 BC/BD-143轉(zhuǎn)換型冷藏冷凍柜、電熱恒溫水浴鍋以及AR842A+型非接觸式紅外測溫儀對實(shí)驗(yàn)溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。采用Hitachi U-4100分光光度計(jì)以及Tensor27紅外光譜儀對制得樣品進(jìn)行吸收率與發(fā)射率的檢測,結(jié)合Hitachi JSM-7500F型掃描電鏡及TD-3500型X射線衍射儀對實(shí)驗(yàn)樣品微觀形貌及物相成分進(jìn)行分析研究。
1.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)
陽極氧化過程中在17%H2SO4的硫酸溶液中進(jìn)行,電流密度1.2A/dm2,氧化時(shí)間為30min,溫度控制在15~20℃。擴(kuò)孔在105g/L H3PO4溶液中進(jìn)行,交流電壓4V(峰值電壓),預(yù)浸10s,擴(kuò)孔時(shí)間為600s,溫度25℃左右。交流電沉積實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示。
表1 交流電沉積L9(33)正交實(shí)驗(yàn)表Table 1 Orthogonal experimental parameters of AC electroplating
2.1 試樣吸收率及紅外發(fā)射率分析
2.1.1 紫外-可見-近紅外反射圖譜分析
根據(jù)美國測試與材料學(xué)會(huì)提供的太陽光譜輻射照度數(shù)據(jù),導(dǎo)入Origin作圖(如圖1所示),數(shù)據(jù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為ASTM G173-03(2012)。由圖1可知大氣層上部太陽輻射照度明顯高于地球表面及海平面附近太陽輻射照度,這是由于大氣層對太陽輻射光波有一定的反射、散射和吸收。太陽光譜射入地球表面主要輻射照度波長范圍集中在300~2500nm之間,在495nm處出現(xiàn)峰值,達(dá)到1.685W·m-2·nm-1。所以吸收涂層在300~2500nm之間的光譜吸收性能就顯得十分重要。
圖1 太陽光譜在大氣層上面、地球表面以及海平面附近太陽輻射照度Fig.1 Radiant illumination of solar spectrum in upper atmosphere, the earth’s surface and near sea level
本實(shí)驗(yàn)對表1正交實(shí)驗(yàn)制備的1~9號試樣以及在相同條件下進(jìn)行陽極氧化而未進(jìn)行電化學(xué)沉積的空白試樣進(jìn)行紫外-可見-近紅外反射圖譜測試,根據(jù)太陽能吸收率[16]計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算,即式(1):
(1)
式中:θ,λ,T分別是入射光線的入射角,波長以及測試溫度;Ιs(λ)為太陽光譜的輻射能量密度;R(θ,λ)是反射率的函數(shù);α(θ,λ)為選擇性吸收涂層在太陽光譜范圍內(nèi)的平均吸收率。對所測反射率數(shù)值進(jìn)行離散化積分求解。圖2和圖3所示為試樣所測紫外-可見-近紅外反射圖譜。
圖2 1~9號試樣紫外-可見-近紅外反射光譜Fig.2 UV-Vis near infrared reflectance spectra of sample 1-9
圖3 陽極氧化空白試樣紫外-可見-近紅外反射光譜Fig.3 UV-Vis near infrared reflectance spectra of anodic oxidation blank sample
圖2是1~9號試樣在300~2500nm之間的反射光譜圖,可以看出,試樣涂層從300~2000nm之間其反射率均呈上升趨勢,2000~2500nm階段其反射率趨于平穩(wěn)。這種趨勢的產(chǎn)生與涂層本身屬性有一定的關(guān)聯(lián),涂層表面的微觀凹坑結(jié)構(gòu)對短波長的光波會(huì)形成一定的光學(xué)陷阱,在涂層微觀陷阱中的多角度折射與反射增加了其在涂層中被反復(fù)吸收的機(jī)會(huì),所以呈現(xiàn)出在較短波段的低反射率,在較長波段的高反射率。由圖2與圖3圖譜對比可知,沉積Cu-Ni納米復(fù)合粒子后的試樣全波段反射率主要集中在0%~40%之間(7號樣品除外),而陽極氧化空白試樣主要集中在30%~75%之間。直觀上可以看出沉積Cu-Ni納米復(fù)合粒子的試樣吸收率明顯高于未沉積金屬粒子的試樣。Cu-Ni納米復(fù)合粒子對光譜的吸收機(jī)制表現(xiàn)為:Cu,Ni原子外層電子對太陽光波具有較強(qiáng)的敏感性,當(dāng)太陽光譜射入Cu,Ni納米粒子吸收層時(shí),其外層電子發(fā)生躍遷并伴隨Cu,Ni原子晶格與入射光發(fā)生的光子-聲子耦合而獲得的能量,從而轉(zhuǎn)化為原子或晶格的振動(dòng),這些對光子的吸收結(jié)果導(dǎo)致材料本身內(nèi)能增加,宏觀表現(xiàn)就是溫度升高,材料被加熱。另外由圖2全波長反射率圖譜與局部放大可知2,3,4,6,8,9號試樣涂層均表現(xiàn)出優(yōu)異的光譜吸收性能(具體全波長吸收率數(shù)值見表2),7號反射率相對較大,光譜吸收性能較差。
2.1.2 紅外反射波譜分析
太陽能吸熱涂層在吸收太陽光譜的同時(shí),溫度上升,涂層本身又以輻射紅外光波的形式向外發(fā)射能量,所以涂層的紅外發(fā)射率高低對太陽能吸熱涂層來說也是至關(guān)重要的。本實(shí)驗(yàn)對表1正交實(shí)驗(yàn)制備的1~9號試樣以及在相同條件下進(jìn)行陽極氧化而未進(jìn)行電化學(xué)沉積的空白試樣進(jìn)行紅外反射圖譜測試。涂層發(fā)射率計(jì)算公式[16]如下:
(2)
表2 試樣太陽光譜吸收與紅外發(fā)射計(jì)算結(jié)果Table 2 Calculation of sample with solar absorption and infrared emission
式中:θ,λ,T分別是入射光線的入射角,波長以及測試溫度;Ib(λ,T)是黑體的輻射能量密度;R(θ,λ)是測試溫度下波長范圍內(nèi)的反射率;εT(λ,T)是紅外波段范圍內(nèi)的平均熱發(fā)射率。其中Ib(λ,T)是由普朗克輻射公式計(jì)算得到。
圖4是1~9號樣品紅外反射光譜,由圖譜直觀可知在2500~10000nm之間紅外反射圖譜噪點(diǎn)較少,數(shù)據(jù)點(diǎn)較為飽滿,在10000~25000nm之間數(shù)據(jù)噪點(diǎn)較多,出現(xiàn)這種狀況的原因在于在整個(gè)全反射光波中,較短波長部分以鏡面反射為主,環(huán)境干擾較小,在較長波段部分以漫反射為主,儀器噪聲較大,由于任何高于絕對零度的物體都會(huì)發(fā)射紅外線,所以環(huán)境干擾較大,測試結(jié)果噪點(diǎn)較多。通過反射圖譜很難直觀判斷1~9號樣品紅外光波反射情況以及與圖5空白樣品的對比情況。因此,需要通過式(2)發(fā)射率的計(jì)算公式,把測的數(shù)據(jù)離散化積分求出每個(gè)樣品的具體發(fā)射率數(shù)值,從而更好地比較不同樣品發(fā)射率的高低。數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果如表2所示。
圖4 1~9號試樣紅外反射光譜Fig.4 Infrared reflection spectra of samples 1-9
從表2計(jì)算結(jié)果可知:經(jīng)沉積Cu-Ni納米復(fù)合粒子后的1~9號試樣吸收率均高于空白陽極氧化試樣,發(fā)射率均低于空白陽極氧化試樣,試樣品質(zhì)因子得到明顯提高。2,3,4,6,8,9號試樣吸收率均在0.85以上,表現(xiàn)出較好的太陽光譜吸收性能。其中,3,6,8號品質(zhì)因子均達(dá)到4以上,8號品質(zhì)因子α/ε=4.92,太陽能光譜選擇性吸收性能相對最佳。由此可以推斷,在50Hz交流頻率下,電壓12V、時(shí)間600s、溫度25℃下Cu-Ni納米復(fù)合粒子的條件與上述制備AAO模板的條件更為契合,該條件下制備的太陽能吸收涂層對下一步的性能分析具有重要意義。
圖5 陽極氧化空白試樣紅外反射光譜Fig.5 Infrared reflectance spectra of blank sample
2.2 掃描電鏡分析
由2.1光譜分析結(jié)果可知在1~9號所有沉積了Cu-Ni納米復(fù)合粒子的試樣中,8號品質(zhì)因子最高,太陽光譜選擇吸收性能最佳;7號品質(zhì)因子最低,太陽光譜選擇吸收性能較差。由此,本實(shí)驗(yàn)選擇7號、8號試樣以及沒有進(jìn)行電化學(xué)沉積的空白試樣進(jìn)行微觀形貌分析對比觀察,其掃描電鏡微觀形貌如圖6所示。
圖6(a),(b)是未進(jìn)行電化學(xué)沉積的空白試樣微觀表面形貌圖,空白樣品與1~9號樣品在相同條件下進(jìn)行陽極氧化與擴(kuò)孔處理,擴(kuò)孔后由測厚儀測得平均膜厚在11μm左右。由圖可以看出未進(jìn)行電化學(xué)沉積的空白試樣表面呈現(xiàn)較為規(guī)則的“蜂窩狀”多孔結(jié)構(gòu),孔徑在40~60nm左右,孔間距在100nm左右,排列有序。大且深的陽極氧化孔為電沉積Cu-Ni納米復(fù)合粒子提供了較為理想的AAO模板。圖6(c),(d)是太陽光譜吸收品質(zhì)因子最高的8號樣品微觀表面形貌圖,從圖6(c)可以看出沉積后的樣品表面并未有“蜂窩狀”的多孔結(jié)構(gòu),氧化膜孔已被沉積物填滿并外延生長出一些排列緊密的棒狀結(jié)構(gòu),由于在測試制樣過程中涂層表面可能受到剪切應(yīng)力的作用使得表面棒狀納米結(jié)構(gòu)傾斜、折斷,也有部分納米棒從孔底向上生長的過程中,局部電流密度過高,沉積速率偏快,納米棒生長取向發(fā)生偏移,造成部分棒狀結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜交織、團(tuán)聚。圖6(e),(f)是太陽光譜吸收品質(zhì)因子較差的7號試樣微觀表面形貌圖。由圖可知試樣表面部分被沉積物顆粒覆蓋,部分多孔結(jié)構(gòu)裸露,孔洞并未被沉積顆粒填滿,沒有呈現(xiàn)出如8號樣品所示的棒狀結(jié)構(gòu)。原因可能是該樣品沉積溫度較高,金屬離子在交流電的負(fù)半周擴(kuò)散太快,不利于納米金屬粒子有序結(jié)晶生長,7號樣品沉積時(shí)間較短,沉積物在孔內(nèi)沉積量過少,從而并未表現(xiàn)出較好的太陽光譜吸收性能。
圖6 空白試樣及7號、8號試樣掃描電鏡圖 (a),(b)空白試樣;(c),(d)8號試樣;(e),(f)7號試樣Fig.6 SEM images of blank sample and samples 7,8 (a),(b) blank sample;(c),(d)sample 8;(e),(f)sample 7
2.3 X射線衍射物相分析
將太陽光譜吸收品質(zhì)因子較高的8號試樣和品質(zhì)因子較低的7號試樣以及空白試樣進(jìn)行X射線衍射分析,試樣測得涂層表面X射線衍射三維圖譜如圖7所示。
圖7 空白試樣及7號、8號試樣涂層表面X射線衍射圖Fig.7 XRD diffraction patterns on coatings of blank sample and samples 7,8
由圖7可以看出8號試樣涂層表面不僅呈現(xiàn)出Cu,Ni的衍射峰,而且在2θ=36.8°處出現(xiàn)的明顯CuAl2O4衍射峰,對應(yīng)(311)晶面峰值較為強(qiáng)烈。CuAl2O4的晶體結(jié)構(gòu)類似于立方尖晶石結(jié)構(gòu)。然而在7號對應(yīng)的衍射峰中卻并未見到CuAl2O4的特征峰。空白試樣既沒有發(fā)現(xiàn)Cu,Ni的衍射峰,也沒有CuAl2O4衍射峰,只有晶態(tài)Al對應(yīng)的衍射峰,并且在7號、8號樣品中都出現(xiàn)了類似的衍射峰。由于在陽極氧化過程中,生成的Al2O3主要以非晶態(tài)形式存在,所以其衍射峰主要呈現(xiàn)出“饅頭峰”,然而該衍射峰被較為尖銳的晶態(tài)衍射峰所掩蓋,并未顯現(xiàn)。
2.4 熱穩(wěn)定性分析
制備7號、8號以及空白試樣若干,分別將3種試樣放入100,200,300,400,500,600℃的高溫環(huán)境中,焙燒24h,然后測其各個(gè)樣品焙燒后的太陽光譜吸收率與發(fā)射率情況。不同溫度下焙燒后樣品吸收率與發(fā)射率情況如圖8與圖9所示。
圖8 不同溫度下焙燒后空白試樣及7號、8號試樣的吸收率Fig.8 Absorptance of blank sample and samples 7,8 after baking at different temperatures
圖8所示為不同溫度下焙燒后空白試樣及7號、8號試樣的吸收率情況,由圖可知8號試樣在100~600℃范圍處理后,吸收率基本保持在0.9左右,與未經(jīng)焙燒樣品在室溫下吸收率基本持平,而7號樣品吸收率在100~300℃范圍處理后,吸收率變化不大,但高于300℃樣品吸收率逐漸下降,而空白樣品在100~600℃范圍處理后,吸收率基本在0.4上下波動(dòng),但波動(dòng)不大。
圖9所示為不同溫度下焙燒后空白試樣及7號、8號試樣的紅外發(fā)射率情況,由圖可知8號試樣在100~600℃范圍處理后,發(fā)射率保持在0.2左右,與未經(jīng)焙燒樣品在室溫下發(fā)射率基本保持一致。空白試樣發(fā)射率較高,但在該溫度范圍處理后,發(fā)射率波動(dòng)不大,仍舊保持在0.7左右。然而7號試樣隨處理溫度的升高,發(fā)射率卻不斷的增大。
圖9 不同溫度下焙燒后空白試樣及7號、8號試樣的發(fā)射率Fig.9 Emittance of blank sample and samples 7,8 after baking at different temperatures
綜上所述,空白試樣和8號試樣在處理溫度不斷上升過程中,其吸收率與發(fā)射率的測試結(jié)果基本保持穩(wěn)定,其高溫?zé)岱€(wěn)定性相對較好。對空白試樣來講,其熱穩(wěn)定性較好的原因可能是其涂層主要由非晶態(tài)的Al2O3組成,陽極氧化鋁本身抗高溫性能與熱穩(wěn)定性較好,所以該溫度范圍內(nèi)的處理并不會(huì)對其組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生太大影響。對8號試樣來講,CuAl2O4的存在限制了高溫環(huán)境下金屬顆粒Cu,Ni在界面處的擴(kuò)散,減小了氧化概率,涂層體系的熱穩(wěn)定性得到提高。對7號樣品而言,涂層結(jié)構(gòu)中并沒有CuAl2O4的存在,以納米顆粒單質(zhì)形式存在的Cu,Ni隨溫度的上升其氧化程度逐漸加深,致使其組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,由原本較高吸收率、較低發(fā)射率的Cu,Ni納米顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)槲章瘦^低、發(fā)射率較高的氧化相,所以溫度的改變對其影響較大,對于在高溫環(huán)境下物相組成基本不變的8號試樣和空白試樣的發(fā)射率、吸收率相對影響較小。
當(dāng)太陽光譜這種電磁波沿著一定的方向入射涂層表面時(shí),涂層內(nèi)部Cu,Ni金屬顆粒的自由電子在這個(gè)電磁振動(dòng)場的影響下發(fā)生帶間躍遷和顆粒間相互作用,使復(fù)合涂層在太陽光輻射區(qū)具有很高的吸收率,而在紅外區(qū)具有很高的透明性。有研究表明,CuAl2O4在高溫環(huán)境下具有抑制納米金屬顆粒團(tuán)聚的作用,可以提高納米金屬顆粒的熱穩(wěn)定性[17]。所以,在共沉積過程中形成的CuAl2O4保護(hù)Cu,Ni金屬顆粒在高溫下不被氧化,從而保持了對太陽光譜較高的吸收率。
(1)在室溫25℃、電壓12V(峰值電壓)、沉積時(shí)間600s、交流頻率50Hz的條件下,向多孔AAO模板中沉積Cu-Ni納米復(fù)合粒子,得到了較為理想的太陽能吸收涂層,經(jīng)分析該涂層表面形成了CuAl2O4/Cu-Ni復(fù)合納米棒陣列,且該納米棒陣列形貌的涂層具有更高的太陽能吸收率和較低的紅外發(fā)射率,涂層吸收率α為0.91 、發(fā)射率ε為0.18、品質(zhì)因子為4.9。
(2)Cu-Ni納米顆粒、CuAl2O4與電介質(zhì)Al2O3構(gòu)成了三元復(fù)合體系,CuAl2O4的存在限制了高溫環(huán)境下金屬顆粒Ni,Cu在界面處的擴(kuò)散,減小了其被氧化的概率,涂層體系的熱穩(wěn)定性得到提高,最高在600℃下,涂層品質(zhì)因子α/ε波動(dòng)很小。
[1] ZHANG Q C.Recent progress in high-temperature solar selective coatings[J].Solar Energy Materials and Solar Cells, 2000, 62(1):63-74.
[2] KENNEDY C E. Review of mid-to high-temperature solar selective absorber materials[J]. Solar Energy,2002,7:1-52.
[3] GRANQVIST C G. Solar energy materials[J].Applied Physics A, 1991, 52(2):83-93.
[4] FAROOQ M, RAJA I A.Optimisation of metal sputtered and electroplated substrates for solar selective coatings[J].Renewable Energy, 2008, 33(6):1275-1285.
[5] 蔣家興,趙劍曦,姜蓉,等.太陽光熱轉(zhuǎn)換吸收薄膜制備方法:現(xiàn)狀與發(fā)展[J].材料導(dǎo)報(bào), 2009, 23(21):101-104.
JANG J X, ZHAO J X, JIANG R, et al.Preparation methods for solar thermal absorbing films: present situation and development[J].Materials Review,2009, 23(21):101-104.
[6] 馬鵬軍,耿慶芬,劉剛.太陽能光譜選擇性吸收涂層研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2015,29(1):48-50.
MA P J, GENG Q F, LIU G. Progress in solar spectral selective absorption coatings[J].Materials Review, 2015,29(1):48-50.
[7] 岑幻霞.太陽能的熱利用[M].北京:清華大學(xué)出版社,1997:21.
CEN H X. Heat utilization of solar energy[M].Beijing:Tsinghua University Press,1997:21.
[8] CAO F,MCENANEY K,CHEN G,et al.A review of cermet-based spectrally selective solar absorbers[J].Energy and Environmental Science,2014,7(5): 1615-1627.
[9] ZHAO S , RIBBING C G, WACKELGARD E. Optical constants of sputtered Ni/NiO solar absorber film-depth-profiled characterization[J].Solar Energy Materials & Solar Cells, 2004,84(1/4):193-203.
[10] ZHAO S,WACKELGARD E. Optimization of solar absorbing three-layer coatings[J].Solar Energy Materials & Solar Cells 2006, 90(3):243-261.
[11] FAROOQ M, LEE Z H.Computations of the optical properties of metal/insulator-composites for solar selective absorbers[J]. Renewable Energy,2003,28(9):1421-1431.
[12] FAROOQ M, HUTCHINS M G. A novel design in composities of various materials for solar selective coatings[J]. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2002, 71(4):523-535.
[13] FAROOQ M, HUTCHINS M G.Optical properties of higher and lower refractive index composites in solar selective coatings[J]. Solar Energy Materials & Solar Cells,2002,7(1):36-41.
[14] DING D W, CAI W M, LONG M. Optical structural and thermal characteristics of Cu/CuAl2O4hybrids deposited in anodic aluminum oxides selective solar absorber[J]. Solar Energy Materials and Solar Cells,2010, 94(10):1578-1581.
[15] GAO Y, XIONG J, GONG D,et al. Improvement of solar absorbing property of Ni-Mo based thermal spray coatings by laser surface treatment [J]. Vacuum, 2015,121:64-69.
[16] 楊世銘,陶文銓.傳熱學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2006:366-374.
YANG S M,TAO W Q.Heat transfer [M].Beijing:Higer Education Press,2006:366-374.
[17] DHAK D, PANCHANAN P P. Particle size comparison of soft-chemically prepared transition metal(Co,Ni,Cu,Zn) aluminate spinels[J]. Journal of the American Chemical Society, 2006, 89(3):1014-1021.
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21671038);廣東省教育廳特色創(chuàng)新項(xiàng)目(2015KTSCX155);佛山市科技創(chuàng)新專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2014AG10009)
2016-09-22;
2017-08-15
陳東初(1972-),男,教授,博士,從事材料表面與應(yīng)用電化學(xué)研究,聯(lián)系地址:廣東省佛山市禪城區(qū)江灣一路18號佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院(528000),E-mail:2575437546@qq.com
(本文責(zé)編:高 磊)
Preparation and Properties of Solar Absorbing AAOComposite Oxide Film Coatings
WEI Hong-yang1,2,CHANG Meng-lei1,CHEN Dong-chu1, WANG Mei-feng2,YE Xiu-fang1
(1 School of Materials Science and Energy Engineering,Foshan University, Foshan 528000,Guangdong,China;2 School of Materials Science and Engineering,Nanchang Hangkong University,Nanchang 330063,China)
The highly ordered porous anodic alumina was prepared by anodic oxidation technology, after being treated by AC phosphoric pore broadening, the Cu-Ni nano composite particles were deposited into anodic alumina pores by AC frequency with 50Hz in different voltages, different time and different temperatures. The spectra result shows that the coating prepared under the conditions of voltage is 12V, time is 600s, temperature is 25℃ has good solar absorption performance, the absorptivity is 0.91, emissivity is 0.18, quality factor is 4.9. The SEM and XRD analysis show that CuAl2O4/Cu-Ni composite nanorods were deposited on the surface of the composite oxide coating. After heat treatment at 600℃, the solar absorption and infrared emission of target coating have a small fluctuation and the thermal stability of the coating system is greatly improved. The existing of CuAl2O4limits the diffusion of metal particles under high temperature environment at the interface, which prevents the Cu/Ni from being oxidized.
anodic aluminum oxide;AC deposition;Cu-Ni nano composite particle;absorptivity;emissivity
10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001143
TB331
A
1001-4381(2017)11-0042-07