本发明属于太阳能吸收材料技术领域，具体涉及一种覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法。
背景技术
随着世界人口数量的增加及其对现有石油等能源的长时间利用，石油能源供给逐渐紧张起来，各类能源的不合理利用也使得环境遭受巨大压力，因此人们必须在合理高效利用现有能源的同时不断开发新能源。太阳能是一种含量丰富且无污染的天然能源，是国际公认的竞争力巨大的未来能源之一。太阳能光热转换技术是最简单、直接的能量转换方法，该技术发展较早且应用广泛。由于太阳能的能量密度较低，因此必须利用太阳能集热器等技术来提高光热转换率，从而实现太阳能的充分有效利用。涂覆光热涂层是提高现有太阳能集热材料的性能的主要手段之一。
由于地球表现接收的太阳辐射主要分布在300nm到2500nm左右的光谱区域内，其中在波长500nm到600nm之间的能量密度最大，是最理想的光热转化区域范围。为了尽可能的高效利用太阳发射能，科研工作者们设计出了太阳能选择性吸收光热涂层材料，该涂层材料不仅对太阳能辐射有高效的吸收能力，而且其自身的热辐射损失很低。
现有技术中，太阳能涂层的制备方法包括涂料涂覆法和溶胶凝胶法，其中涂料涂覆法技术产生较早，但是利用该方法制备的涂层具有很高的发射率，导致热辐射损失较大；溶胶凝胶法虽然可以降低涂层的热辐射损失，但是该方法制备需要重新开发新的相关的太阳能材料板，无法做到现有材料的再利用。为了提高材料的吸收效率，我们需要开发一种能够利用现有设备涂覆低热辐射损失涂层材料的方法。
技术实现要素：
本发明提供的一种覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法，该方法能以现有技术中的材料为基材，实现现有基材的再利用，不需要额外开发新基材，开发了一种新的能够利用现有设备涂覆低热辐射损失涂层材料的方法。
本发明的目的是提供一种覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法，包括以下步骤：
s1，基材处理
清洗、干燥基材，获得洁净基材；
s2，银膜涂覆
通过离子溅射仪在所述洁净基材表面沉积银膜，得到银涂覆基材；离子溅射仪的溅射条件为：氩气作为填充气体，真空度为0.1mpa，电流25ma，沉积时间为15～20min；
s3，镀tin/tisin/sin膜
银涂覆基材在乙醇溶液中浸泡，取出后60℃烘干，得到干燥银涂覆基材，并置于磁控溅射仪内；
采用ti靶，以磁控溅射的方式在银涂覆基材表面镀tin膜，溅射气氛为氮气和氩气的混合气体，得到tin材料；
采用ti靶和si靶，以共溅射的方式在tin材料表面镀tisin膜，溅射气氛为氮气和氩气的混合气体，得到tin/tisin材料；
最后采用si靶，以磁控溅射的方式在银涂覆基材表面镀sin膜，溅射气氛为氮气和氩气的混合气体，得到覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料。
优选的，上述覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法，s1中清洗、干燥基材的具体方法如下：将基材浸泡于2mol/l的氢氧化钠溶液中，超声清洗10min，取出后再用清水冲洗，60℃烘干并冷却至室温，获得洁净基材。
优选的，上述覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法，s3中乙醇溶液的体积分数为80％。
优选的，上述覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法，s3中，磁控溅射或者共溅射采用的是mpp电源，磁控溅射或者共溅射时采用的电压为400v，脉冲频率为350hz。
优选的，上述覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法，s3中，镀tin膜、tisin膜、sin膜的温度均为300℃，镀膜时间均为6min。
优选的，上述覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法，s3中，氮气和氩气的混合气体中，氩气的流量为40～45sccm，氮气的流量为20～25sccm。
与现有技术相比，本发明的覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法，具有以下有益效果：
本发明基于现有技术材料，开发了表面覆有tin/tisin/sin涂层的太阳能高效吸收复合材料，该材料具有高吸收效率、低热辐射损失的优点。我们还在基材和tin/tisin/sin涂层之间引入了银膜层，将银膜与tin/tisin/sin涂层相结合，不仅可使材料对太阳能选择性吸收率达0.920以上，还可将复合材料自身的发射率为0.033～0.035之间，降低了复合材料的热辐射损失。
经过对比实验发现，不添加银膜所制备的吸收材料的吸收率为0.901，发射率为0.047，比本发明的实施例1～3效果差。
本发明制备的复合材料可有效将吸收太阳能，为将光能转化为热能/电能的设备提供了良好的材料保证，应用前景良好。
具体实施方式
下面对发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
本发明提供了一种覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法，包括以下步骤：
s1，基材处理
清洗、干燥基材，获得洁净基材；
s2，银膜涂覆
通过离子溅射仪在所述洁净基材表面沉积银膜，得到银涂覆基材；离子溅射仪的溅射条件为：氩气作为填充气体，真空度为0.1mpa，电流25ma，沉积时间为15～20min；
s3，镀tin/tisin/sin膜
银涂覆基材在乙醇溶液中浸泡，取出后60℃烘干，得到干燥银涂覆基材，并置于磁控溅射仪内；
采用ti靶，以磁控溅射的方式在银涂覆基材表面镀tin膜，溅射气氛为氮气n2和ar氩气的混合气体，得到tin材料；
采用ti靶和si靶，以共溅射的方式在tin材料表面镀tisin膜，溅射气氛为氮气n2和ar氩气的混合气体，得到tin/tisin材料；
最后采用si靶，以磁控溅射的方式在银涂覆基材表面镀sin膜，溅射气氛为氮气n2和ar氩气的混合气体，得到覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料。
优选的，本发明提供的一种覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法，包括以下实施例。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。实验材料钛ti靶材纯度99.9999％、硅si靶材纯度99.9999％，氮气n2纯度99.99％，氩气ar纯度99.99％；磁控溅射仪购自北京泰科诺公司，极限真空为2.0×10-5pa，腔室温度可达300℃，靶材尺寸要求为直径75mm，厚度2mm。
实施例1
一种覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法，包括以下步骤：
s1，基材处理
采用444不锈钢作为基材，该基材化学稳定性好、抗腐蚀、抗氧化、膨胀系数小、导热系数大、价格低廉，可大大降低平板类型太阳能材料的生产成本。本发明的实施例中选择的444不锈钢厚度为1mm。
将基材浸泡于2mol/l的氢氧化钠溶液中，400w超声清洗10min，取出后再用清水冲洗，60℃烘干并冷却至室温，获得洁净基材；
s2，银膜涂覆
通过离子溅射仪在所述洁净基材表面沉积银膜，得到银涂覆基材；离子溅射仪的溅射条件为：氩气作为填充气体，真空度为0.1mpa，电流25ma，沉积时间为15min；
s3，镀tin/tisin/sin膜
银涂覆基材在体积分数80％乙醇溶液中浸泡，并400w超声清洗10min，取出后60℃烘干，得到干燥银涂覆基材，并置于磁控溅射仪内；
采用ti靶，以磁控溅射的方式在银涂覆基材表面镀tin膜，溅射气氛为氮气n2和氩气ar的混合气体，得到tin材料；
采用ti靶和si靶，以共溅射的方式在tin材料表面镀tisin膜，溅射气氛为氮气n2和氩气ar的混合气体，得到tin/tisin材料；
最后采用si靶，以磁控溅射的方式在银涂覆基材表面镀sin膜，溅射气氛为氮气n2和氩气ar的混合气体，得到覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料；
其中，磁控溅射或者共溅射采用的是mpp电源，磁控溅射或者共溅射时采用的电压为400v，脉冲频率为350hz；镀tin膜、tisin膜、sin膜的温度均为300℃，镀膜时间均为6min；氮气n2和氩气ar的混合气体中，氩气的流量为40sccm，氮气的流量为20sccm；其余磁控溅射条件采用常规条件。
实施例1制备的太阳能高效吸收复合材料，采用分光光度计进行tin/tisin/sin涂层的反射光谱测试，测量光谱波长范围为300纳米到2微米，以硫酸钡作为背底白板进行校正，参照《tin/tisin/sin太阳能选择性吸收光热涂层的研究》(冯君校，山东大学)的方法测定吸收比和材料发射率，结果显示，吸收率为0.923，发射率为0.035，表明实施例1的方法可制备出高吸收效率、低热辐射损失的复合材料。
实施例2
一种覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法，包括以下步骤：
s1，基材处理
采用444不锈钢作为基材，该基材化学稳定性好、抗腐蚀、抗氧化、膨胀系数小、导热系数大、价格低廉，可大大降低平板类型太阳能材料的生产成本。本发明的实施例中选择的444不锈钢厚度为1mm。
将基材浸泡于2mol/l的氢氧化钠溶液中，400w超声清洗10min，取出后再用清水冲洗，60℃烘干并冷却至室温，获得洁净基材；
s2，银膜涂覆
通过离子溅射仪在所述洁净基材表面沉积银膜，得到银涂覆基材；离子溅射仪的溅射条件为：氩气作为填充气体，真空度为0.1mpa，电流25ma，沉积时间为20min；
s3，镀tin/tisin/sin膜
银涂覆基材在体积分数80％乙醇溶液中浸泡，并400w超声清洗10min，取出后60℃烘干，得到干燥银涂覆基材，并置于磁控溅射仪内；
采用ti靶，以磁控溅射的方式在银涂覆基材表面镀tin膜，溅射气氛为氮气n2和氩气ar的混合气体，得到tin材料；
采用ti靶和si靶，以共溅射的方式在tin材料表面镀tisin膜，溅射气氛为氮气n2和氩气ar的混合气体，得到tin/tisin材料；
最后采用si靶，以磁控溅射的方式在银涂覆基材表面镀sin膜，溅射气氛为氮气n2和氩气ar的混合气体，得到覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料；
其中，磁控溅射或者共溅射采用的是mpp电源，磁控溅射或者共溅射时采用的电压为400v，脉冲频率为350hz；镀tin膜、tisin膜、sin膜的温度均为300℃，镀膜时间均为6min；氮气n2和氩气ar的混合气体中，氩气的流量为40sccm，氮气的流量为25sccm；其余磁控溅射条件采用常规条件。
实施例2制备的太阳能高效吸收复合材料，采用分光光度计进行tin/tisin/sin涂层的反射光谱测试，测量光谱波长范围为300纳米到2微米，以硫酸钡作为背底白板进行校正，参照《tin/tisin/sin太阳能选择性吸收光热涂层的研究》(冯君校，山东大学)的方法测定吸收比和材料发射率，结果显示，吸收率为0.920，发射率为0.033，表明实施例2的方法可制备出高吸收效率、低热辐射损失的复合材料。
实施例3
一种覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法，包括以下步骤：
s1，基材处理
采用t2纯紫铜板作为基材，厚度为1mm。
将基材浸泡于2mol/l的氢氧化钠溶液中，400w超声清洗10min，取出后再用清水冲洗，60℃烘干并冷却至室温，获得洁净基材；
s2，银膜涂覆
通过离子溅射仪在所述洁净基材表面沉积银膜，得到银涂覆基材；离子溅射仪的溅射条件为：氩气作为填充气体，真空度为0.1mpa，电流25ma，沉积时间为15min；
s3，镀tin/tisin/sin膜
银涂覆基材在体积分数80％乙醇溶液中浸泡，并400w超声清洗10min，取出后60℃烘干，得到干燥银涂覆基材，并置于磁控溅射仪内；
采用ti靶，以磁控溅射的方式在银涂覆基材表面镀tin膜，溅射气氛为氮气n2和氩气ar的混合气体，得到tin材料；
采用ti靶和si靶，以共溅射的方式在tin材料表面镀tisin膜，溅射气氛为氮气n2和氩气ar的混合气体，得到tin/tisin材料；
最后采用si靶，以磁控溅射的方式在银涂覆基材表面镀sin膜，溅射气氛为氮气n2和氩气ar的混合气体，得到覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料；
其中，磁控溅射或者共溅射采用的是mpp电源，磁控溅射或者共溅射时采用的电压为400v，脉冲频率为350hz；镀tin膜、tisin膜、sin膜的温度均为300℃，镀膜时间均为6min；氮气n2和氩气ar的混合气体中，氩气的流量为45sccm，氮气的流量为25sccm；其余磁控溅射条件采用常规条件。
实施例3制备的太阳能高效吸收复合材料，采用分光光度计进行tin/tisin/sin涂层的反射光谱测试，测量光谱波长范围为300纳米到2微米，以硫酸钡作为背底白板进行校正，参照《tin/tisin/sin太阳能选择性吸收光热涂层的研究》(冯君校，山东大学)的方法测定吸收比和材料发射率，结果显示，吸收率为0.922，发射率为0.034，表明实施例1的方法可制备出高吸收效率、低热辐射损失的复合材料。
对比例1
一种覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料的制备方法，包括以下步骤：
s1，基材处理
采用444不锈钢作为基材，该基材化学稳定性好、抗腐蚀、抗氧化、膨胀系数小、导热系数大、价格低廉，可大大降低平板类型太阳能材料的生产成本。本发明的实施例中选择的444不锈钢厚度为1mm。
将基材浸泡于2mol/l的氢氧化钠溶液中，400w超声清洗10min，取出后再用清水冲洗，60℃烘干并冷却至室温，获得洁净基材；
s2，镀tin/tisin/sin膜
s2的步骤同实施例1的s3步骤，得到覆有tin/tisin/sin薄膜涂层的太阳能高效吸收复合材料。
对比例1制备的太阳能高效吸收复合材料，采用分光光度计进行tin/tisin/sin涂层的反射光谱测试，测量光谱波长范围为300纳米到2微米，以硫酸钡作为背底白板进行校正，参照《tin/tisin/sin太阳能选择性吸收光热涂层的研究》(冯君校，山东大学)的方法测定吸收比和材料发射率，结果显示，吸收率为0.901，发射率为0.047，表明对比例1的方法制备出高的复合材料吸收效率比实施例低、热辐射损失比实施例1高。
需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。