【摘 要】
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日益严峻的能源短缺问题严重制约着全球经济的发展。基于此,一些可再生能源如风能,潮汐能,生物质能,太阳能等被陆续开发和利用。其中,太阳能由于其储量丰富,污染小等优点最具有发展潜力。直接光热转换是太阳能应用的最有效的方式,其被广泛应用于各个领域如生活热水利用,太阳能干燥,海水淡化,太阳能温差发电,光热催化,光热治疗,太阳能热发电等等。为了提高光热转换效率,通常使用光谱选择性吸收涂层作为光热吸收体,它具
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日益严峻的能源短缺问题严重制约着全球经济的发展。基于此,一些可再生能源如风能,潮汐能,生物质能,太阳能等被陆续开发和利用。其中,太阳能由于其储量丰富,污染小等优点最具有发展潜力。直接光热转换是太阳能应用的最有效的方式,其被广泛应用于各个领域如生活热水利用,太阳能干燥,海水淡化,太阳能温差发电,光热催化,光热治疗,太阳能热发电等等。为了提高光热转换效率,通常使用光谱选择性吸收涂层作为光热吸收体,它具有可见波段高吸收而红外波段低热发射的特点。常见的选择性吸收涂层类型包括本征吸收型,表面纹理型,多层干涉型,金属介质堆栈型和金属陶瓷型。其中,金属陶瓷结构凭借其超高吸收率和制备工艺的简易性而被最常使用,通常这些金属纳米颗粒被嵌入在陶瓷基质中。为了实现金属组分的可控掺杂,通常使用磁控溅射技术来制备金属陶瓷基光热转换涂层。由于溅射本身需要高真空和强电磁场环境,制备的薄膜更加均匀致密。通过改变电流电压和气体流量即可控制金属陶瓷薄膜的组分,从而实现最佳的光学吸收性能。基于此,本文利用磁控溅射技术制备了银掺杂非晶碳基复合光热转换涂层。由于超薄的厚度,涂层可以在各种衬底上沉积(铝片,玻璃片,不锈钢片,硅片,棉布,涤纶布等等)并表现出良好的光热转换能力,这对于中低温太阳能利用以及柔性光热转换应用具有巨大潜力。本文的主要内容如下:(1)从工业化应用的角度对金属陶瓷基光热转换涂层进行了系统的综述。首次提出了“自掺杂”的概念即单一靶材反应溅射,它能够大大简化工业化制备工艺从而提高实际生产效率。此外,还对光热转换涂层的应用进行了详细的介绍,这对于缓解能源短缺有着重要意义。(2)使用银(Ag)靶和石墨靶(C)共溅射法来制备Ag掺杂非晶碳(a-C/Ag)薄膜,并对其形貌,结构,组成及其光学性能进行了相应的研究。结果表明,球形的Ag NPs被嵌入在a-C介质中,控制Ag靶功率可以实现不同的Ag掺杂含量。此外,单层a-C/Ag薄膜整体具有0.83的光学吸收率,故可以作为光吸收材料。(3)通过多次共溅射技术来制备a-C/Ag多层复合光热转换涂层。整个涂层的厚度仅为130 nm,体现出了超薄特性。光学性能表明涂层的吸收率和热发射率分别为0.923和0.061。此外,涂层在真空400℃下表现出良好的热稳定性能。(4)保持多层复合涂层沉积工艺不变,分别在棉布,PET布,涤纶布等柔性衬底上制备了 a-C/Ag多层复合薄膜。通过标准太阳辐照下样品表面温度变化来评估其光热性能。此外,通过揉搓,拉伸,粘撕和磨损等机械处理来评价棉布上样品的光热稳定性。事实证明柔性a-C/Ag多层复合薄膜在柔性光热转换方面具有巨大潜力。
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