《鈮矽基中高溫選擇性吸收塗層的穩定性研究》是依託哈爾濱工業大學，由孫耀明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鈮矽基中高溫選擇性吸收塗層的穩定性研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫耀明
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
太陽能中高溫選擇性吸收塗層是太陽能中高溫利用的關鍵材料，除了需要具有較高的吸收率和較低的發射率，高溫穩定性是制約其實用化的一大障礙。傳統中高溫選擇性吸收塗層採用金屬鉬和鎢等單質金屬納米粒子為吸收粒子，大氣穩定性差；金屬間化合物原子間的鍵合不僅有金屬鍵，也包括離子鍵和共價鍵，具有較強的高溫穩定性。.本項目擬採用高溫穩定的鈮矽金屬間化合物為吸收粒子，分別採用鈮矽的氮化物和氧化銦錫作為介質材料，形成介質材料包覆納米粒子的吸收層。首先分析低溫發射率和高溫發射率的區別，研究填充因子、膜繫結構對高溫發射率的影響，對膜系進行光學設計和光譜裁剪，降低塗層高溫發射率；其次對塗層熱處理前後的結構、成分、界面狀態等分析，得到高溫條件下膜層性能退化機理，重點研究氮元素和易結晶氧化銦錫摻入對膜層緻密性的影響，以及緻密性和高溫穩定性的關係。本課題的研究將為降低發射率和提高塗層穩定性開闢新的路徑，具有重大的科學意義。
結題摘要
中高溫選擇性吸收塗層是槽式太陽能熱發電技術的核心，要求太陽光譜可見光到近紅外範圍內具有高的吸，同時在紅外波段具有較低的發射率，能有效地將太陽能轉化為熱能；傳統的單一金屬陶瓷的高溫穩定性制約了該技術在大氣下使用的規模化推廣，本項目採用高溫穩定的鈮矽金屬間化合物取代傳統的Mo、W等單一金屬，利用金屬間化合物的高溫穩定性實現塗層的穩定性，結果表明： 氮摻雜和ITO摻雜能有效構建出不同消光係數和折射率的單層膜，軟體模擬和實際製備均得到了高吸收低發射的塗層，最佳性能：吸收率為95.27%，發射率為4.2%；研究了Nb-Si-N和Nb5Si3-ITO薄膜緻密性和高溫穩定性的關係，得到緻密性是高溫穩定性的基礎，氮摻雜和ITO摻雜均能有效的提高塗層的穩定性。通過研究退火前後Nb5Si3-ITO膜層厚度的變化，得到大氣條件下高溫穩定性變差是吸收層被氧化造成的； 以Nb5Si3-ITO為基礎研究了不鏽鋼襯底上製備選擇性吸收塗層的光學性能和熱穩定性，並對膜層進行了最佳化，降低500℃的發射率。製備在Mo-Ag為紅外高反射層上的塗層初始光學性能最優 (α=95.27%，εRT=4.2%)，但含銀的塗層大氣熱穩定性較差。Mo為紅外高反射層的塗層具有最佳的熱穩定性， 500℃/120 h退火後吸收率僅下降0.41%，發射率僅上升0.1%；通過改進膜繫結構，500℃發射率由19.4%下降到11.3%；改良塗層依然具有較好的高溫穩定性，大氣下500℃退火120 h後，光學性能幾乎保持不變 (α=93.18%，εRT=8.5%，ε500℃=12.5%)。
