专利名称：一种高选择性太阳能吸热纳米膜层的配方及该膜层的制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种太阳能吸热膜层，尤其涉及的是一种高选择性太阳能吸热纳米膜层的配方及该膜层的制备方法。
背景技术：
目前，太阳能平板集热器越来越受到建筑一体化市场的青睐。吸热膜层作为集热器的核心部分，其性能直接影响到整个集热器的最终使用效果，同时也决定平板集热器的档次和品质。而我国平板式集热器吸热膜层技术一直没有得到有效的提高和优化，国内平板式太阳能集热器所采用的涂层主要有涂料涂层、阳极氧化涂层、黑铬涂层及磁控溅射涂层。目前，市场上的涂料涂层发射率较高，选择性差，热性能较差，使用寿命短；磁控溅射涂层制造设备昂贵，耐候性能不是很理想，即时间久了就会出现性能衰减甚至涂层脱落。黑铬涂层制备工艺污染较大，不能满足环境环保的需要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种高选择性太阳能吸热纳米膜层的配方及该膜层的制备方法，采用纳米材料和高压强磁聚凝技术实现膜层的高选择性。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的纳米膜层配方，按重量计，包括以下组分聚四氟乙烯纳米粉，10 15份,粒径小于或等于80nm,纯度高于95% ；纳米金属钛粉，12 18份，粒径50 80nm，纯度高于98% ；
纳米金属铬粉，3 8份，粒径20 50nm，纯度高于98% ；多壁碳纳米管，I 3份，直径小于或等于20nm，长度小于或等于300nm ；纳米氧化镁纳米氧化娃的重量比为35:65,8 12份,粒径小于或等于30nm,纯度高于98% ；纳米金属锰，3 8份，粒径50 80nm，纯度高于98% ；表面活性剂，I 3份；纳米材料分散剂，I 3份；超纯水，40 50份。本发明的表面活性剂为阳离子型不饱和多元羧酸的聚氨基酰胺溶液Byk-130。本发明的纳米材料分散剂为TAZ-NDl。一种高选择性太阳能吸热纳米膜层的制备方法，包括以下步骤(I)组分分散将各组分按比例称取后进行分散；(2)基材除油除污将基材表面进行除油和除污，然后进行铬化处理；
(3)膜层制备使用超高速高压强磁技术将膜层材料沉积到基材上，微射速度4000 6000m/s，强磁电压大于9万伏,流量50 100cc/S,气压大于6MPa ；(4)高温烧结对制备上膜层的基材进行高温烧结除去超纯水，烧结工艺设定为200 280°C烧结 5min，300 380°C烧结 5min，400 450°C烧结 5min。所述步骤(I)包括以下步骤I)将聚四氟乙烯纳米粉、超纯水和表面活性剂放入球磨分散机中；
2)然后再将纳米氧化镁、纳米氧化硅、纳米材料分散剂放入球磨分散机进行分散2min ；3)依次加入其它纳米材料在球磨分散机中预分散15min,然后在纳米球磨分散研磨一体机中分散3 6h ;4)用高压微射流分散机分散步骤3)得到的混合纳米材料，至少循环分散四次，压力为600 800MPa，出料口口径为0. 1mm，料温低于22°C。所述步骤(2)中，按体积比计，水脱脂剂=1:20配置脱脂混合物，将基材进行浸泡清洗I分钟，同时用毛刷进行刷洗表面，脱脂后进入第二个同比例脱脂混合物脱脂槽再清洗一分钟，然后进入自来水清洗池浸洗I分钟、最后进入纯水清洗池浸洗I分钟，完成对基材的除污除油清洗。作为本发明的优选方式之一，所述基材为铝卷或铜卷。为了使金属表面出现均匀的凹点，增加基材的比表面积，形成光学陷阱，增大其膜层的吸收率而进行铬化处理，所述步骤(2)中，铬化液和超纯水的重量比为45:55，基材铬化点30 35/c m2，铬化膜厚度小于或等于10nm，烘干温度为25 50°C。由于太阳辐射能主要分布在0. 3iim 2. 5iim，所以禁带宽度在0. 5eV(2. 5iim)
I.24eV (l.Oiim)的半导体，如 Si (I. IeV),Ge (0.7eV)和 PbS (0. 4eV)等，对于太阳能的选择性吸收才有意义。过渡金属如Cu、Ni、Zn、Cr和Mn等，其吸收机理类似于半导体，而本发明中的膜层组分纳米物质混合物的禁带宽度I. 15eV，符合太阳能辐射的主要分布范围，具有光谱选择性。另外由于纳米材料的大的比表面积等特性，本发明中混合液体的比表面积在2500 Hf /kg以上，所以能够保证本发明的膜层有97%的高吸收率。由于本发明中所用的纳米金属材料自身具有很低的红外发射率，该膜层主要成膜物质为纳米金属，因此该金属膜层具有很低红外发射率。本发明相比现有技术具有以下优点本发明的纳米材料均匀的沉积在基材表面，制得的吸热膜层厚度小于500nm，经实测太阳能吸收率大于95%，红外发射率在5%左右；具有产品稳定性，耐候性，高选择性吸热性能，同时解决生产工艺的环保性，是一种新型的高选择吸热膜层，具有较强的市场前景和经济效益前景。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例I本实施例的膜层材料按重量计包括以下组分聚四氟乙烯纳米粉，10份，粒径小于或等于80nm，纯度高于95% ；纳米金属钛粉，12份，粒径50 80nm，纯度高于98% ；纳米金属铬粉，3份，粒径20 50nm，纯度高于98% ；多壁碳纳米管，I份，直径小于20nm，长度小于300nm ；纳米氧化镁和纳米氧化硅混合物，重量比为35:65，8份，粒径小于30nm，纯度高于98% ；
纳米金属猛,3份,粒径50 80nm,纯度高于98% ；BYK-130表面活性剂，I份；纳米材料分散剂，I份；超纯水，40份。一种高选择性太阳能吸热纳米膜层的制备方法，包括以下步骤( I)组分分散将各组分按比例称取后进行分散，具体为I)将聚四氟乙烯纳米粉、超纯水和表面活性剂放入球磨分散机中；2)然后再将纳米氧化镁、纳米氧化硅、纳米材料分散剂放入球磨分散机进行分散2min ；3)依次加入其它纳米材料在球磨分散机中预分散15min,然后在纳米球磨分散研磨一体机中分散3h ；4)用高压微射流分散机分散步骤3)得到的混合纳米材料，至少循环分散四次，压力为600MPa，出料口口径为0. 1_，料温低于22°C。(2)基材除油除污将基材表面进行除油和除污，然后进行铬化处理；铬化液和超纯水的重量比为45:55，基材铬化点30 35/c m2，铬化膜厚度小于10nm，烘干温度为25°C。(3)膜层制备使用超高速高压强磁技术将膜层材料沉积到基材上，微射速度4000m/s，强磁电压大于9万伏，根据基材的宽幅而调整流量50 lOOcc/S，气压大于6MPa ；(4)高温烧结对制备上膜层的基材进行高温烧结除去超纯水，烧结工艺设定为200°C烧结5min, 300°C烧结 5min，400°C烧结 5min。本实施例的基材为铝卷。经过高温烧结，超纯水全部挥发，纳米材料均匀的沉积在基材表面，膜层厚度小于500nm,经实测太阳能吸收率大于95%，红外发射率在5%左右。实施例2本实施例的膜层材料按重量计包括以下组分聚四氟乙烯纳米粉，12份，粒径小于或等于80nm，纯度高于95% ；纳米金属钛粉，15份，粒径50 80nm，纯度高于98% ；
纳米金属铬粉，5份，粒径20 50nm，纯度高于98% ；多壁碳纳米管，2份，直径小于20nm，长度小于300nm ；纳米氧化镁和纳米氧化硅混合物，重量比为35:65，10份，粒径小于30nm，纯度高于98% ;纳米金属锰，5份，粒径50 80nm，纯度高于98% ；BYK-130表面活性剂，2份；纳米材料分散剂，I. 5份；超纯水，47. 5份。—种高选择性太阳能吸热纳米膜层的制备方法，包括以下步骤( I)组分分散 将各组分按比例称取后进行分散，具体为I)将聚四氟乙烯纳米粉、超纯水和表面活性剂放入球磨分散机中；2)然后再将纳米氧化镁、纳米氧化硅、纳米材料分散剂放入球磨分散机进行分散2min ；3)依次加入其它纳米材料在球磨分散机中预分散15min,然后在纳米球磨分散研磨一体机中分散4h ；4)用高压微射流分散机分散步骤3)得到的混合纳米材料，至少循环分散四次，压力为700MPa，出料口口径为0. 1_，料温低于22°C。(2)基材除油除污将基材表面进行除油和除污，然后进行铬化处理；铬化液和超纯水的重量比为45:55，基材铬化点30 35/c m2，铬化膜厚度小于10nm，烘干温度为40°C。(3)膜层制备使用超高速高压强磁技术将膜层材料沉积到基材上，微射速度5000m/s，强磁电压大于9万伏，根据基材的宽幅而调整流量50 lOOcc/S，气压大于6MPa ；(4)高温烧结对制备上膜层的基材进行高温烧结除去超纯水，烧结工艺设定为246 °C烧结5min, 350°C烧结 5min，420°C烧结 5min。本实施例的基材为铜卷。经过高温烧结，超纯水全部挥发，纳米材料均匀的沉积在基材表面，膜层厚度小于500nm,经实测太阳能吸收率大于95%，红外发射率在5%左右。实施例3本实施例的膜层材料按重量计包括以下组分聚四氟乙烯纳米粉，15份，粒径小于或等于80nm，纯度高于95% ；纳米金属钛粉，18份，粒径50 80nm，纯度高于98% ；纳米金属铬粉，8份，粒径20 50nm，纯度高于98% ；多壁碳纳米管，3份，直径小于20nm，长度小于300nm ；纳米氧化镁和纳米氧化硅混合物，重量比为35:65，12份，粒径小于30nm，纯度高于 98% ；纳米金属猛,8份,粒径50 80nm,纯度高于98% ；
BYK-130表面活性剂，3份；纳米材料分散剂，3份；超纯水，50份。一种高选择性太阳能吸热纳米膜层的制备方法，包括以下步骤(I)组分分散将各组分按比例称取后进行分散，具体为I)将聚四氟乙烯纳米粉、超纯水和表面活性剂放入球磨分散机中；2)然后再将纳米氧化镁、纳米氧化硅、纳米材料分散剂放入球磨分散机进行分散 2min ；3)依次加入其它纳米材料在球磨分散机中预分散15min,然后在纳米球磨分散研磨一体机中分散6h ；4)用高压微射流分散机分散步骤3)得到的混合纳米材料，至少循环分散四次，压力为800MPa，出料口口径为0. 1_，料温低于22°C。(2)基材除油除污将基材表面进行除油和除污，然后进行铬化处理；铬化液和超纯水的重量比为45:55，基材铬化点30 35/c m2，铬化膜厚度小于IOnm,烘干温度为50°C。(3)膜层制备使用超高速高压强磁技术将膜层材料沉积到基材上，微射速度6000m/s，强磁电压大于9万伏，根据基材的宽幅而调整流量50 lOOcc/S，气压大于6MPa ；(4)高温烧结对制备上膜层的基材进行高温烧结除去超纯水，烧结工艺设定为280°C烧结5min, 380°C烧结 5min，450°C烧结 5min。本实施例的基材为铝卷。经过高温烧结，超纯水全部挥发，纳米材料均匀的沉积在基材表面，膜层厚度小于500nm,经实测太阳能吸收率大于95%，红外发射率在5%左右。
权利要求
1.一种高选择性太阳能吸热纳米膜层的配方，其特征在于，按重量计，包括以下组分 聚四氟乙烯纳米粉，10 15份,粒径小于或等于80nm,纯度高于95% ； 纳米金属钛粉，12 18份，粒径50 80nm，纯度高于98% ； 纳米金属铬粉，3 8份，粒径20 50nm，纯度高于98% ； 多壁碳纳米管，I 3份，直径小于或等于20nm，长度小于或等于300nm ； 纳米氧化镁纳米氧化娃的重量比为35:65,8 12份,粒径小于或等于30nm,纯度高于 98% ； 纳米金属猛，3 8份,粒径50 80nm,纯度高于98% ； 表面活性剂，I 3份； 纳米材料分散剂，I 3份； 超纯水，40 50份。
2.一种如权利要求I所述的高选择性太阳能吸热纳米膜层的制备方法，其特征在于包括以下步骤 (1)组分分散 将各组分按比例称取后进行分散； (2)基材除油除污 将基材表面进行除油和除污，然后进行铬化处理； (3)膜层制备 使用超高速高压强磁技术将膜层材料沉积到基材上，微射速度4000 6000m/s，强磁电压大于9万伏，流量50 lOOcc/S，气压大于6MPa ； (4)高温烧结 对制备上膜层的基材进行高温烧结除去超纯水，烧结工艺设定为200 280°C烧结5min,300 380°C烧结 5min,400 450°C烧结 5min。
3.根据权利要求2所述的一种高选择性太阳能吸热纳米膜层的制备方法，其特征在于所述步骤(I)包括以下步骤 1)将聚四氟乙烯纳米粉、超纯水和表面活性剂放入球磨分散机中； 2)然后再将纳米氧化镁、纳米氧化硅、纳米材料分散剂放入球磨分散机进行分散2min ； 3)依次加入其它纳米材料在球磨分散机中预分散15min,然后在纳米球磨分散研磨一体机中分散3 6h ; 4)用高压微射流分散机分散步骤3)得到的混合纳米材料，至少循环分散四次，压力为600 800MPa，出料口口径为O. 1mm，料温低于22°C。
4.根据权利要求2所述的一种高选择性太阳能吸热纳米膜层的制备方法，其特征在于所述基材为铝卷或铜卷。
5.根据权利要求2所述的一种高选择性太阳能吸热纳米膜层的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中，铬化液和超纯水的重量比为45:55，铬化膜厚度小于或等于10nm，烘干温度为25 50°C。
全文摘要
本发明公开了一种高选择性太阳能吸热纳米膜层的配方及该膜层的制备方法，包括以下组分聚四氟乙烯纳米粉，纳米金属钛粉，纳米金属铬粉，多壁碳纳米管，纳米氧化镁纳米氧化硅=35:65，纳米金属锰，BYK表面活性剂，纳米材料分散剂，超纯水。所述制备方法包括组分分散；基材除油除污；膜层制备；高温烧结。本发明的纳米材料均匀的沉积在基材表面，制得的吸热膜层厚度小于500nm，经实测太阳能吸收率大于95%，红外发射率在5%左右；具有产品稳定性，耐候性，高选择性吸热性能，同时解决生产工艺的环保性，是一种新型的高选择吸热膜层，具有较强的市场前景和经济效益前景。
文档编号C09D7/12GK102964886SQ20121049970
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者王俊华, 阮国成 申请人:安徽海太科新能源科技有限公司