专利名称：一种光热转换吸收膜系及其溶胶凝胶制备方法
技术领域：
本发明属于功能材料技术领域，涉及一种光热转换吸收膜系及其溶胶凝胶制备方法。
背景技术：
太阳能光热转换吸收薄膜是太阳能集热器最重要和最核心的部分，其光学性 能影响着太阳能的光热转换效率。M-Al2O3复合薄膜是一种金属陶瓷薄膜，其具有优异的太 阳能吸收率和高温热稳定性，广泛用于太阳能集热器。目前，常见的薄膜制备方法有真空蒸 发、溅射镀膜和离子镀等物理气相沉积以及电镀、阳极氧化等电化学沉积。电化学方法中使 用了磷酸盐，氰化物等有害物质，环境污染严重；物理气相沉积方法虽然没有环境污染，但 需要昂贵的设备以实现高真空度，增加了薄膜制备成本。溶胶-凝胶法制备薄膜具有工艺 简便、设备要求低以及适合于大面积制膜等优点，因而能有效降低金属陶瓷薄膜的制备成 本。1997年，Kraus等报道了以三仲丁醇铝和2-乙基己酸镍制备溶胶[J. Appl. Phys., 821189-1195 (1997)]，经过1200° C煅烧生成NiAl2O4，然后再在950° C下用H2还原制 备Ni-Al2O3复合薄膜，但这种方法由于需要高温及使用易爆的H2,因而薄膜制备成本较高， 也存在危险性。2006年，Westin等报道了以溶液化学法制备Al2O3基薄膜的方法，他们以 异丙醇铝为原料制备了 Al2O3溶胶，但过程中不可避免地产生沉淀，需经较长时间的静置 和分离出清液才能用于镀膜，增加了薄膜制备工艺的复杂性和薄膜制备成本[Composite materials and method of its manufacture WO 2006/073357 Al]。
发明内容
本发明的目的是提供一种光热转换吸收膜系及其溶胶凝胶制备方法，该膜系制备 成本低廉，制备方法简单易行，对环境无污染，且具有较高的太阳能光热转换效率。本发明的技术方案如下
本发明的光热转换吸收膜系，其特征在于所述光热转换吸收膜系为三层结构，由在金 属基底上制备的两层成分渐变的氧化铝基吸收膜和减反射顶层构成；所述两层成分渐变的 氧化铝基吸收膜以高金属含量的M-Al2O3混合溶胶制备吸收底层，中等金属含量的M-Al2O3 混合溶胶制备吸收中间层；所述M表示过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源；所 述光热转换吸收膜系的溶胶凝胶制备如下在极性有机溶剂中，以过渡金属无机盐或过渡 金属有机盐、铝盐为金属源，在螯合剂和无机酸作用下分别制成过渡金属溶胶和铝溶胶，所 述过渡金属溶胶即M溶胶由过渡金属无机盐或过渡金属有机盐与螯合剂混合制得，所述铝 溶胶由铝盐、螯合剂与无机酸混合制得；然后将上述两种溶胶混合作为前驱液，在金属基底 上制备两层成分渐变的氧化铝基吸收膜和减反射顶层构成了光热转换吸收膜系。其中所述极性有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、乙酸乙酯、丙 酮、二甲基甲酰胺或乙腈。所述过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源为Ni、Co、Cu、Ag、Pt、Au、Pd、Fe中的一种。所述金属无机盐为硝酸盐、商化盐、磷酸盐、硫酸盐或高氯酸盐，所述过渡金属有 机盐为烷氧基盐或羧酸盐。所述铝盐为烷氧基铝、硝酸铝或三氯化铝。所述螯合剂为乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯、柠檬酸、柠檬酸铵或三乙醇胺。所述无机酸为盐酸、硝酸或高氯酸。所述的高金属含量的M-Al2O3混合溶胶中M的含量为70-95% ；所述的中等金属含 量的M-Al2O3混合溶胶中M的含量为20-70%。本发明所述光热转换吸收膜系的溶胶凝胶制备方法，具体步骤如下
a)M溶胶的制备取40-60mL极性有机溶剂，在搅拌条件下依次加入1.5_6mL螯合剂和 6-14g过渡金属无机盐或过渡金属有机盐，继续搅拌0. 5 — 1. 5h直至获得澄清的M溶胶； 所述M表示过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源；
b)铝溶胶的制备将5-18g铝盐粉末加入到40-60mL极性有机溶剂中，在搅拌下回流 升温至50-80°C，继续搅拌回流0. 5-1. 5 h，加入3-7mL螯合剂及7_15mL无机酸，搅拌回流 2. 5-3.证，至获得澄清透明的铝溶胶；
c)减反射顶层溶胶的制备减反射顶层溶胶包括SiO2溶胶、TiO2溶胶或SiO2-T^2溶
胶；
d)将步骤a)的M溶胶和步骤b)的铝溶胶按金属摩尔比95:5-70:30混合，搅拌均勻 后，得到高金属含量的M-Al2O3混合溶胶；
e)分别取20-30mL步骤a)的M溶胶和步骤b)的铝溶胶，然后分别加入10_30mL极性 有机溶剂稀释，将稀释后的M溶胶和铝溶胶按金属摩尔比70 30-20 80混合，搅拌均勻后， 得到中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶；
f)将高金属含量的M-Al2O3混合溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在金属基底上成膜，经 干燥和惰性气氛下热处理得到高金属含量的M-Al2O3吸收底层；
g)将中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在高金属含量的 M-Al2O3吸收底层上成膜后，经干燥和惰性气氛下热处理得到中等金属含量的M-Al2O3吸收 中间层；
h)将减反射顶层溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在中等金属含量的M-Al2O3吸收中间 层上成膜后，经干燥和惰性气氛下热处理得到减反射顶层，获得所述光热转换吸收膜系。其中所述惰性气氛为N2 ；所述干燥的温度为50-90° C ；所述热处理的升温速率为 1° C/min-50° C/min，热处理的温度为500-600° C，热处理时间为0. 5h 3h。所述减反射顶层溶胶中SiO2溶胶或TiO2溶胶的制备为室温下将10_17mL 正硅酸乙酯或钛酸四正丁酯加入到10-20mL极性有机溶剂中混勻后，继续向其滴加含 0. 03-0. 06%wt HCl的水溶液，在密闭容器中搅拌至获得澄清透明的SiO2溶胶或TW2溶 胶；也可以将上述制备的SW2和TiA溶胶混合，得到SiO2-TW2溶胶。减反射顶层溶胶还 可以是铝溶胶，按照步骤b)制备铝溶胶，并根据工艺要求调整浓度制备减反射顶层。本发明的显著优点是本发明采用溶胶凝胶制备技术，溶胶制备方法简单易行，原 料易得；在金属基底上成膜后，经过干燥和惰性气氛下热处理直接得到M-Al2O3吸收层，薄 膜制备工艺简便、设备要求低、成本低廉和对环境无污染，且制备的M-Al2O3太阳能光热转换吸收膜系的太阳能吸收率皆在0. 9以上，可广泛用于太阳能光热转换领域的集热表面制备。
具体实施例以下为本发明的具体实施案例，进一步描述本发明，但是本发明不仅限于此。实施例1
最佳实施例
1、取50mL无水乙醇，搅拌下依次加入4mL乙酰丙酮和11. 6g六水硝酸镍，搅拌lh，获得 0. 8mol/L的镍溶胶。2、取20mL 0. 8mol/L的镍溶胶，搅拌下加入12mL无水乙醇，获得浓度为0. 5mol/L 的镍溶胶。3、将8. 2g异丙醇铝粉末加入50mL无水乙醇中，在搅拌下回流升温至70° C，继续 搅拌回流lh，加入5mL乙酰丙酮及10. 3mL HCl，搅拌回流池，获得0. 8mol/L的铝溶胶。4、取20mL 0. 8mol/L的铝溶胶，搅拌下加入12mL无水乙醇，获得浓度为0. 5mol/L 的铝溶胶。5、室温下将10. 4mL正硅酸乙酯加入IOmL无水乙醇中混勻后，继续向其滴加3. 6mL 含0. 06wt%HCl的水溶液，在密闭容器中搅拌24h后获得澄清透明的SiO2溶胶，往溶胶中加 入76mL无水乙醇得到浓度为0. 5mol/L的SW2溶胶。6、将0. 8mol/L的镍溶胶和0. 8mol/L的铝溶胶按摩尔比955混合，搅拌均勻后， 获得镍含量为95%，浓度为0. 8mol/L的Ni-Al2O3溶胶。7、将0. 5mol/L镍溶胶和0. 5mol/L铝溶胶按摩尔比50 50混合，搅拌均勻后，获得 镍含量为50%，浓度为0. 5mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶。8、将0. 4mL镍含量为95%，浓度为0. 8mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于磷酸溶液中 超声处理后的35mm'35mm铝片上，待混合溶胶在铝片上完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂 30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60° C烘5min后，置于管式炉中，在队气气氛下以5° C/ min速率升温至600° C，恒温lh，自然冷却至300°C后取出，得到镍含量为95%的Ni-Al2O3 吸收底层。9、将0. 4mL镍含量为50%，浓度为0. 5mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于镍含量为 95%的Ni-Al2O3吸收底层上，待混合溶胶完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶 膜，所得凝胶膜在60° C烘5min后，置于管式炉中，在队气气氛下以5° C/min速率升温 至600° C，恒温lh，自然冷却至300°C后取出，得到镍含量为50%的Ni-Al2O3吸收中间层。10、将0. 4mL浓度为0. 5mol/L的SW2溶胶滴于镍含量为50%的Ni-Al2O3吸收中 间层上，待溶胶完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60° C 烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5° C/min速率升温至550°C，恒温lh，自然冷 却至300°C后取出，得到SiO2减反射层。制备的Ni-Al2O3膜系表面色泽均勻，无微裂纹，其对太阳能的吸收率可达0. 93。实施例2
1.取50mL无水乙醇，搅拌下依次加入4mL乙酰丙酮和10. Og四水乙酸钴，搅拌lh，获 得0. 8mol/L的钴溶胶。
2.取20mL 0. 8mol/L的钴溶胶，搅拌下加入12mL无水乙醇，获得浓度为0. 5mol/L 的钴溶胶。3.将8. 2g异丙醇铝粉末加入50mL无水乙醇中，在搅拌下回流升温至70° C，继续 搅拌回流lh，加入5mL乙酰丙酮及10. 3mLHCl，搅拌回流3h，获得0. 8mol/L的铝溶胶。4.取20mL 0. 8mol/L的铝溶胶，搅拌下加入12mL无水乙醇，获得浓度为0. 5mol/L 的铝溶胶。5.室温下将10. 4mL正硅酸乙酯加入IOmL无水乙醇中混勻后，继续向其滴加 3. 6mL含0. 06wt%HCl的水溶液，在密闭容器中搅拌24h后获得澄清透明的SW2溶胶，往溶 胶中加入76mL无水乙醇得到浓度为0. 5mol/L的SW2溶胶。6.将0. 8mol/L的钴溶胶和0. 8mol/L的铝溶胶按摩尔比80 20混合，搅拌均勻后， 获得钴含量为80%，浓度为0. 8mol/L的Co-Al2O3溶胶。7.将0. 5mol/L的钴溶胶和0. 5mol/L的铝溶胶按摩尔比40 60混合，搅拌均勻后， 获得钴含量为40%，浓度为0. 5mol/L的Co-Al2O3混合溶胶。8.将0. 4mL钴含量为80%，浓度为0. 8mol/L的Co-Al2O3混合溶胶滴于处理后的 35mm'35mm铝片上，待混合溶胶在铝片上完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂30s制备凝胶 膜，所得凝胶膜在60° C烘5min后，置于管式炉中，在队气气氛下以5° C/min速率升温 至600° C，恒温0. 5h，自然冷却至300°C后取出，得到钴含量为80%的Co-Al2O3吸收底层。9.将0. 4mL钴含量为40%，浓度为0. 5mol/L的Co-Al2O3混合溶胶滴于钴含量为 80%的Co-Al2O3吸收层底上，待混合溶胶完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶 膜，所得凝胶膜在60° C烘5min后，置于管式炉中，在队气气氛下以5° C/min速率升温至 600° C，恒温0. 5h，自然冷却至300°C后取出，得到钴含量为40%的Co-Al2O3吸收中间层。10.将0. 4mL浓度为0. 5mol/L的SW2溶胶滴于钴含量为40%的Co-Al2O3吸收底 层上，待溶胶完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60° C烘 5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5 ° C/min速率升温至550 V，恒温2h，自然冷却 至300°C后取出，得到SiO2减反射层。制备的Co-Al2O3膜系表面色泽均勻，无微裂纹，其对太阳能的吸收率可达0. 92。实施例3
1.取50mL无水乙醇，搅拌下依次加入4mL乙酰丙酮和6. Sg 二水氯化铜，搅拌lh，获得 0. 8mol/L的铜溶胶。2.取20mL 0. 8mol/L的铜溶胶，搅拌下加入12mL无水乙醇，获得浓度为0. 5mol/L 的铜溶胶。3.将8. 2g异丙醇铝粉末加入50mL无水乙醇中，在搅拌下回流升温至70° C，继续 搅拌回流lh，加入5mL乙酰丙酮及10. 3mLHCl，搅拌回流3h，获得0. 8mol/L的铝溶胶。4.取20mL 0. 8mol/L的铝溶胶，搅拌下加入12mL无水乙醇，获得浓度为0. 5mol/L 的铝溶胶。。5.室温下将10. 4mL正硅酸乙酯加入IOmL无水乙醇中混勻后，继续向其滴加 3. 6mL含0. 06wt%HCl的水溶液，在密闭容器中搅拌24h后获得澄清透明的SW2溶胶，往溶 胶中加入76mL无水乙醇得到浓度为0. 5mol/L的SW2溶胶。6.将0. 8mol/L的铜溶胶和0. 8mol/L的铝溶胶按摩尔比70 30混合，搅拌均勻后，获得铜含量为70%，浓度为0. 8mol/L的Cu-Al2O3混合溶胶。7.将0. 5mol/L的铜溶胶和0. 5mol/L的铝溶胶按摩尔比20 80混合，搅拌均勻后， 获得铜含量为20%，浓度为0. 5mol/L的Cu-Al2O3混合溶胶。8.将0. 4mL铜含量为70%，浓度为0. 8mol/L的Cu-Al2O3混合溶胶滴于处理后的 35mm'35mm铝片上，待混合溶胶在铝片上完全铺展后，以4000rpm的转速旋涂30s制备凝胶 膜，所得凝胶膜在60° C烘5min后，置于管式炉中，在队气气氛下以5° C/min速率升温 至600° C，恒温lh，自然冷却至300°C后取出，得到铜含量为70%的Cu-Al2O3吸收底层。9.将0. 4mL铜含量为20%，浓度为0. 5mol/L的Cu-Al2O3混合溶胶滴于铜含量为 70%的Cu-Al2O3吸收层底上，待混合溶胶完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂30s制备凝胶 膜，所得凝胶膜在60° C烘5min后，置于管式炉中，在队气气氛下以5° C/min速率升温 至600° C，恒温lh，自然冷却至300°C后取出，得到铜含量为20%的Cu-Al2O3吸收中间层。10.将0. 4mL浓度为0. 5mol/L的SW2溶胶滴于铜含量为20%的Cu-Al2O3吸收中 间层上，待溶胶完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60° C 烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5° C/min速率升温至550°C，恒温3h，自然冷 却至300°C后取出，得到SiO2减反射层。制备的Cu-Al2O3膜系表面色泽均勻，无微裂纹，其对太阳能的吸收率可达0. 91。实施例4
1.取40mL无水丙醇，搅拌下依次加入1.5mL乙酰乙酸乙酯和9. 3g六水硝酸镍，搅拌 0. 5h，获得0. 8mol/L的镍溶胶。.
2.取20mL0. 8mol/L的镍溶胶，搅拌下加入20mL无水丙醇，获得浓度为0. 4mol/L的镍 溶胶。3.将5. 4g仲丁醇铝粉末加入40mL无水丙醇中，在搅拌下回流升温至50° C，继续 搅拌回流0. 5h，加入3. 6mL乙酰乙酸乙酯及7. 2mLHN03,搅拌回流2. 5h，获得0. 8mol/L的铝 溶胶。4.取20mL 0. 8mol/L的铝溶胶，搅拌下加入20mL无水丙醇，获得浓度为0. 4mol/L 的铝溶胶。5.将0. 8mol/L的镍溶胶和0. 8mol/L的铝溶胶按摩尔比95 5混合，搅拌均勻后， 获得镍含量为95%，浓度为0. 8mol/L的Ni-Al2O3溶胶。6.将0. 4mol/L的镍溶胶和0. 4mol/L的铝溶胶按摩尔比70 30混合，搅拌均勻后， 获得镍含量为70%，浓度为0. 4mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶。7.将0. 4mL镍含量为95%，浓度为0. 8mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于处理后的 35mm'35mm铝片上，待混合溶胶在铝片上完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶 膜，所得凝胶膜在60° C烘5min后，置于管式炉中，在队气气氛下以20° C/min速率升温 至600° C，恒温0. 5h，自然冷却至300°C后取出，得到镍含量为95%的Ni-Al2O3吸收底层。8.将0. 4mL镍含量为70%，浓度为0. 4mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于镍含量为 95%的Ni-Al2O3吸收层底上，待混合溶胶完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶 膜，所得凝胶膜在60° C烘5min后，置于管式炉中，在队气气氛下以20° C/min速率升温 至600° C，恒温0. 5h，自然冷却至300°C后取出，得到镍含量为70%的Ni-Al2O3吸收中间 层。
9.将0. 4mL浓度为0. 4mol/L的铝溶胶滴于镍含量为70%的Ni-Al2O3吸收中间 层上，待溶胶完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60° C烘 5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以20° C/min速率升温至600°C，恒温0. 5h，自然冷 却至300°C后取出，得到Al2O3减反射层。制备的Ni-Al2O3膜系表面色泽均勻，无微裂纹，其对太阳能的吸收率可达0. 90。实施例5
1、取60mL甲醇，搅拌下依次加入4mL三乙醇胺和14. Og六水硝酸镍，搅拌lh，获得 0. 8mol/L的镍溶胶。2、取30mL 0. 8mol/L的镍溶胶，搅拌下加入30mL甲醇，获得浓度为0. 4mol/L的镍 溶胶。3、将18. Og九水硝酸铝粉末加入60mL甲醇中，在搅拌下回流升温至75° C，继续 搅拌回流lh，加入6. 3mL三乙醇胺及12. 5mL HNO3，搅拌回流3. 5h，获得0. 8mol/L的铝溶胶。4、取30mL 0. 8mol/L的铝溶胶，搅拌下加入30mL甲醇，获得浓度为0. 4mol/L的铝 溶胶。。5、室温下将17mL钛酸四正丁酯加入20mL甲醇中混勻后，继续向其滴加7. 2mL含
0.03wt%HCl的水溶液，在密闭容器中搅拌24h后获得澄清透明的TW2溶胶，往溶胶中加入 56mL甲醇得到浓度为0. 5mol/L的TW2溶胶。6、将0. 8mol/L的镍溶胶和0. 8mol/L的铝溶胶按摩尔比955混合，搅拌均勻后， 获得镍含量为95%，浓度为0. 8mol/L的Ni-Al2O3溶胶。7、将0. 4mol/L的镍溶胶和0. 4mol/L的铝溶胶按摩尔比50 50混合，搅拌均勻后， 获得镍含量为50%，浓度为0. 4mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶。8、将0. 4mL镍含量为95%，浓度为0. 8mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于磷酸溶液中 超声处理后的35mm'35mm铝片上，待混合溶胶在铝片上完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂 30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在90° C烘5min后，置于管式炉中，在队气气氛下以50° C/ min速率升温至550° C，恒温2h，自然冷却至300°C后取出，得到镍含量为95%的Ni-Al2O3 吸收底层。9、将0. 4mL镍含量为50%，浓度为0. 4mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于镍含量为 95%的Ni-Al2O3吸收层上，待混合溶胶完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶 膜，所得凝胶膜在90° C烘5min后，置于管式炉中，在队气气氛下以50° C/min速率升温 至550° C，恒温2h，自然冷却至300°C后取出，得到镍含量为50%的Ni-Al2O3吸收中间层。10、将0. 4mL浓度为0. 5mol/L的TW2溶胶滴于镍含量为50%的Ni-Al2O3吸收中 间层上，待溶胶完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60° C 烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5° C/min速率升温至550°C，恒温lh，自然冷 却至300°C后取出，得到TiO2减反射层。制备的Ni-Al2O3膜系表面色泽均勻，无微裂纹，其对太阳能的吸收率可达0. 92。实施例6
1、取60mL异丙醇，搅拌下依次加入6g柠檬酸或柠檬酸铵和11. 4g六水氯化镍，搅拌
1.5h，获得0. 8mol/L的镍溶胶。2、取30mL 0. 8mol/L的镍溶胶，搅拌下依次IOmL异丙醇，获得浓度为0. 6mol/L的
9镍溶胶。3、将11. 6g六水氯化铝粉末加入60mL异丙醇中，在搅拌下回流升温至80° C，继 续搅拌回流1.证，加入7g柠檬酸或柠檬酸铵及14mL高氯酸，搅拌回流3.证，获得0. Smol/ L的铝溶胶。4、取30mL 0. 8mol/L的铝溶胶，搅拌下依次IOmL异丙醇，获得浓度为0. 6mol/L的 铝溶胶。。5、室温下各取10. 4mL正硅酸乙酯和17mL钛酸四正丁酯，分别加入12mL异丙醇中 混勻后，继续分别滴加3. 6mL含0. 06wt%HCl的水溶液，在密闭容器中搅拌24h后分别获得 澄清透明的S^2和T^2溶胶，往溶胶中分别加入74mL异丙醇得到浓度为0. 5mol/L的S^2 和TiO2溶胶，将SiO2和TiO2按摩尔比7 3混合得到SiO2-TiO2溶胶。4、将0. 8mol/L的镍溶胶和0. 8mol/L的铝溶胶按摩尔比95 5混合，搅拌均勻后， 获得镍含量为95%，浓度为0. 8mol/L的Ni-Al2O3溶胶。5、将0. 6mol/L的镍溶胶和0. 6mol/L的铝溶胶按摩尔比50 50混合，搅拌均勻后， 获得镍含量为50%，浓度为0. 6mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶。6、将0. 4mL镍含量为95%，浓度为0. 8mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于磷酸溶液中 超声处理后的35mm'35mm铝片上，待混合溶胶在铝片上完全铺展后，以4000rpm的转速旋涂 30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在60° C烘5min后，置于管式炉中，在队气气氛下以5° C/ min速率升温至600° C，恒温lh，自然冷却至300°C后取出，得到镍含量为95%的Ni-Al2O3 吸收底层。10、将0. 4mL镍含量为50%，浓度为0. 6mol/L的Ni-Al2O3混合溶胶滴于镍含量为 95%的Ni-Al2O3吸收层上，待混合溶胶完全铺展后，以6000rpm的转速旋涂30s制备凝胶 膜，所得凝胶膜在60° C烘5min后，置于管式炉中，在队气气氛下以5° C/min速率升温 至600° C，恒温lh，自然冷却至300°C后取出，得到镍含量为50%的Ni-Al2O3吸收中间层。8、将0. 4mL浓度为0. 5mol/L的SiO2-TiR溶胶滴于镍含量为50%的Ni-Al2O3吸 收中间层上，待溶胶完全铺展后，以5000rpm的转速旋涂30s制备凝胶膜，所得凝胶膜在 60° C烘5min后，置于管式炉中，在N2气气氛下以5° C/min速率升温至550°C，恒温lh， 自然冷却至300°C后取出，得到SiO2-TW2减反射层。制备的Ni-Al2O3膜系表面色泽均勻，无微裂纹，其对太阳能的吸收率可达0. 92。
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权利要求
1.一种光热转换吸收膜系，其特征在于所述光热转换吸收膜系为三层结构，由在金 属基底上制备的两层成分渐变的氧化铝基吸收膜和减反射顶层构成；所述两层成分渐变的 氧化铝基吸收膜以高金属含量的M-Al2O3混合溶胶制备吸收底层，中等金属含量的M-Al2O3 混合溶胶制备吸收中间层；所述M表示过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源；所 述光热转换吸收膜系的溶胶凝胶制备如下在极性有机溶剂中，以过渡金属无机盐或过渡 金属有机盐、铝盐为金属源，在螯合剂和无机酸作用下分别制成过渡金属溶胶和铝溶胶，所 述过渡金属溶胶即M溶胶由过渡金属无机盐或过渡金属有机盐与螯合剂混合制得，所述铝 溶胶由铝盐、螯合剂与无机酸混合制得；然后将上述两种溶胶混合作为前驱液，在金属基底 上制备两层成分渐变的氧化铝基吸收膜和减反射顶层构成了光热转换吸收膜系。
2.根据权利要求1所述的一种光热转换吸收膜系，其特征在于所述极性有机溶剂为 甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、乙酸乙酯、丙酮、二甲基甲酰胺或乙腈。
3.根据权利要求1所述的一种光热转换吸收膜系，其特征在于所述过渡金属无机盐 或过渡金属有机盐中的金属源为Ni、Co、Cu、Ag、Pt、Au、Pd、Fe中的一种。
4.根据权利要求3所述的一种光热转换吸收膜系，其特征在于所述金属无机盐为硝 酸盐、商化盐、磷酸盐、硫酸盐或高氯酸盐，所述过渡金属有机盐为烷氧基盐或羧酸盐。
5.根据权利要求1所述的一种光热转换吸收膜系，其特征在于所述铝盐为烷氧基铝、 硝酸铝或三氯化铝。
6.根据权利要求1所述的一种光热转换吸收膜系，其特征在于所述螯合剂为乙酰丙 酮、乙酰乙酸乙酯、柠檬酸、柠檬酸铵或三乙醇胺。
7.根据权利要求1所述的一种光热转换吸收膜系，其特征在于所述无机酸为盐酸、硝 酸或高氯酸。
8.根据权利要求1所述的一种光热转换吸收膜系，其特征在于所述的高金属含量的 M-Al2O3混合溶胶中M的含量为70-95% ；所述的中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶中M的含 量为 20-70%。
9.一种如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述光热转换吸收膜系的溶胶凝胶制备方 法，其特征在于所述制备方法具体步骤如下M溶胶的制备取40-60mL极性有机溶剂，在搅拌条件下依次加入1. 5_6mL螯合剂和 6-14g过渡金属无机盐或过渡金属有机盐，继续搅拌0. 5 — 1. 5h直至获得澄清的M溶胶； 所述M表示过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源；铝溶胶的制备将5-18g铝盐粉末加入到40-60mL极性有机溶剂中，在搅拌下回流升 温至50-80°C，继续搅拌回流0. 5-1. 5 h，加入3-7mL螯合剂及7_15mL无机酸，搅拌回流 2. 5-3.证，至获得澄清透明的铝溶胶；减反射顶层溶胶的制备减反射顶层溶胶包括SiO2溶胶、T^2溶胶或SiO2-TiO2溶胶；将步骤a)的M溶胶和步骤b)的铝溶胶按金属摩尔比95:5-70:30混合，搅拌均勻后， 得到高金属含量的M-Al2O3混合溶胶；分别取20-30mL步骤a)的M溶胶和步骤b)的铝溶胶，然后分别加入10_30mL极性有 机溶剂稀释，将稀释后的M溶胶和铝溶胶按金属摩尔比70 30-20 80混合，搅拌均勻后，得 到中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶；将高金属含量的M-Al2O3混合溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在金属基底上成膜，经干燥和惰性气氛下热处理得到高金属含量的M-Al2O3吸收底层；将中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在高金属含量的 M-Al2O3吸收底层上成膜后，经干燥和惰性气氛下热处理得到中等金属含量的M-Al2O3吸收 中间层；h)将减反射顶层溶胶以旋涂法、喷涂法或提拉法在中等金属含量的M-Al2O3吸收中间 层上成膜后，经干燥和惰性气氛下热处理得到减反射顶层，获得所述光热转换吸收膜系。
10.根据权利要求9所述的一种光热转换吸收膜系的制备方法，其特征在于所述惰性 气氛为N2;所述干燥的温度为50-90° C ；所述热处理的升温速率为1° C/min-50° C/min, 热处理的温度为500-600° C，热处理时间为0. 5h-3h。
全文摘要
本发明提供了一种光热转换吸收膜系及其溶胶凝胶制备方法，所述光热转换吸收膜系为三层结构，由在金属基底上制备的两层成分渐变的氧化铝基吸收膜和减反射顶层构成；所述两层成分渐变的氧化铝基吸收膜以高金属含量的M-Al2O3混合溶胶制备吸收底层，中等金属含量的M-Al2O3混合溶胶制备吸收中间层；所述M表示过渡金属无机盐或过渡金属有机盐中的金属源；该膜系采用溶胶凝胶法制备。本发明的光热转换吸收膜系制备成本低廉，制备方法简单易行，对环境无污染，且具有较高的太阳能光热转换效率。
文档编号B32B15/00GK102087054SQ201010545
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者姜蓉, 廖新焕, 李镇祥, 赵剑曦 申请人:福州大学