喷涂法制备Ni0.9Fe0.1Co2O4太阳能选择性吸收涂层及其性能研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hechangying1
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太阳能选择性吸收涂层(Solar selective absorption coating,SSAC)是应用于光热转换领域的重要元件之一,而目前市面上流通的产品大多是通过磁控溅射法制备的,不仅成本高昂,而且单次制备面积有限,也无法在复杂的基板表面成膜。本文采用两种适合大面积成膜的喷涂法制备SSAC,对其微观结构、成分和光谱性能进行表征分析,并喷涂于圆柱形304不锈钢罐外表面,于室外不同天气条件下实测涂层的太阳光集热效能。主要研究内容如下:(1)通过喷涂溶胶凝胶法制备SSAC:首先在304不锈钢上喷涂铁、镍和钴混合金属盐溶液的溶胶凝胶,然后烧结形成SSAC。当投料比为六水合硝酸镍:九水合硝酸铁:六水合硝酸钴=0.9:0.1:2并喷涂2层后在500°C下烧结1 h时,所得Ni0.9Fe0.1Co2O4基SSAC的光谱选择性最好,太阳能吸收率(α)/法向发射率(εv)可达到0.93/0.11。涂层耐热稳定性测试结果表明,在500°C空气条件下,通过喷涂溶胶凝胶法制备的Ni0.9Fe0.1Co2O4基SSAC在24 h内可以保持其光谱选择性。(2)通过喷涂粉末/树脂法制备SSAC:首先采用水热法和球磨法制备小粒径片状Ni0.9Fe0.1Co2O4粉末,将其作为填料与环氧改性有机硅树脂混合成涂料,直接喷涂于基板上,180°C固化2 h后即形成SSAC。实验结果表明,当以304不锈钢为基底时,喷涂2层所得的涂层光学性能最好,SSAC的光谱选择性能可达到α/εv=0.82/0.23。实验发现,当以依靠强漫反射实现低发射率的涂层为基板时,如高漂浮率铝涂层,在其表面制备吸光层,SSAC的整体发射率受吸光层微纳结构的影响较大;而对于依靠强镜面发射实现低发射率的基板,如打磨的304不锈钢板,在其表面制备吸光层,SSAC的整体发射率受吸光层厚度的影响较大。涂层耐热稳定性测试结果表明,在400°C空气条件下,通过喷涂粉末/树脂制备的涂层至少能够在48 h内保证其光谱选择性。(3)分别采用以上两种喷涂方法,在高度为15 cm、直径为5 cm的圆柱形304不锈钢罐上制备两种SSAC,与无SSAC的对照罐一起,同时放在室外测试不同天气条件下的太阳光集热效能。结果表明,两种SSAC都有良好的集热效果,喷涂溶胶凝胶法所制的SSAC的集热性能略优于喷涂粉末/树脂法制备的SSAC,而后者的制备过程更灵活。晴天时两种SSAC罐内水温最高相差1.5°C,比无涂层对照罐内水温分别高12.5°C和11°C(自来水均为230m L);阴天时分别高约4°C和3.6°C;雨天时两种SSAC罐内水温基本无差别,比无涂层罐中的水温均高1.3°C左右。
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