一种溶胶凝胶法合成Ag-MnOx纳米复合薄膜的方法与流程

本发明涉及一种溶胶凝胶法合成ag-mnox纳米复合薄膜的方法，属于功能涂料技术领域。

背景技术：

如今，使用最广泛的工业太阳能选择性吸收剂是（金属）陶瓷结构中的金属颗粒，这些金属颗粒多是通过电化学或真空沉积方法生产的。著名的例子包括电镀黑铬（cr–cr2o3）和镍的阳极al2o3（通过电镀/电化学方法合成）以及蒸发的氮化钛膜（tinox）和镍镍氧化物（ni-niox）（通过真空沉积/溅射方法合成）。电化学处理方法相对简单并且具有较低的工作温度，但上述方法利用了大量的材料且不环保。真空沉积法的材料消耗低，可重复性好，对环境污染程度低，但其生产设备投资成本高昂，生产中的能源消耗高，成本效益较低。太阳能吸收剂是选择性合成的最新进展，这种具有高选择性和耐久性的材料需要一种相应经济高效且环保的合成工艺。溶胶-凝胶技术符合上述标准，是非常有前途的技术。但是，该类技术生产的太阳能选择性吸收剂材料尚未在工业中得到应用。

在过去的几十年中，通过溶胶-凝胶法成功地制造了多种太阳能选择性吸收剂，例如氧化铜基吸收剂、氧化钴基吸收剂、具有尖晶石状结构的黑色过渡金属和碳-二氧化硅纳米复合材料的氧化物等。然而，已知的使用溶胶-凝胶法合成金属陶瓷涂层的情况相对较少。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述不足之处，提供一种溶胶凝胶法合成ag-mnox纳米复合薄膜的方法，其通过一步法溶胶-凝胶法来制造具有光谱选择性的太阳能吸收膜，可以大大减少设备的需求。

本发明的技术方案，一种溶胶凝胶法合成ag-mnox纳米复合薄膜的方法，在室温、磁力搅拌条件下，将一定比例的硝酸银、乙酸锰、络合剂溶解在无水乙醇中；将所得混合物保持搅拌，直到产生深蓝色的深色溶胶；将所得溶胶置于烘箱中，蒸发部分乙醇，得到浓缩后的溶胶；在浓缩后的溶胶中添加有机成膜剂，在室温下通过浸涂将ag-mnox薄膜沉积在载体上；将涂布的液膜干燥，并退火，即得到ag-mnox纳米复合薄膜。

步骤如下：

（1）溶胶的制备：在室温、磁力搅拌条件下，将硝酸银、乙酸锰和络合剂溶解在无水乙醇中；硝酸银浓度为0.1-0.3mol/l，乙酸锰浓度为0.1-0.5mol/l，络合剂的添加量为银粒子浓度的0.5-4倍；将所得混合物保持搅拌1-2h，直到产生深蓝色的深色溶胶；将所得溶胶置于65-75℃烘箱中浓缩8-12h，得到浓缩后的溶胶；

（2）沉积：按步骤（1）所得溶胶质量计，将0.1%-20%的有机成膜剂添加到上述溶胶中；在室温下以6-10cm/min的提拉速度，通过浸涂将ag-mnox薄膜沉积在清洁良好的载体上；

（3）成膜：将步骤（2）涂布好的液膜在70-80℃下干燥10-30min，并以1-10℃/min的加热速率加热至200-500℃。

步骤（1）中所述络合剂具体为四亚乙基五胺tepa或二乙醇胺dea。

步骤（1）中锰离子的含量相比银过量。

步骤（2）中有机成膜剂为羟丙基纤维素hpc或羟丙基甲基纤维素hpmc。

本发明通过溶胶-凝胶法来一步制得具有光谱选择性的太阳能吸收粉体。合成的ag-mnox纳米复合膜可应用于太阳能吸收器。ag纳米颗粒在氧化锰的半导体基质中生长，形成ag-mnox，该氧化物与金属陶瓷涂层具有相似的结构；掺入成膜剂后，再反应形成选择性吸收薄膜。在250-2500nm波长范围内的薄膜有较好的光吸收。该方法最重要的优点之一是，包括热处理在内的整个制备过程都可以在空气中进行，因此可以大大减少设备的需求。

本发明的有益效果：本发明合成所得的ag-mnox吸收膜，可以在紫外-可见光-近红外波段内同时达到高吸收和低发射；并且制备过程简单，利用了原料易得，过程简易，对设备的要求低。所述ag-mnox膜是在太阳能热能转换系统中光谱选择性吸收，有巨大的应用前景。

附图说明

图1为实施例1制备所得的ag-mno2金属氧化粉体吸收曲线。

具体实施方式

实施例1

（1）溶胶的制备：在20℃的条件下，首先将硝酸银溶解在无水乙醇中，然后将乙酸锰加入到该溶液中。乙醇溶液中的锰离子浓度控制在0.2mol/l。将硝酸银与乙酸锰的摩尔比调节为0.6，以适合所得膜的光学性质。在该溶液中，将二乙醇胺（dea）用作络合剂，添加量为银粒子浓度的0.5倍；在磁力搅拌下缓慢加入具有所需含量的目标产物。将所得混合物保持搅拌1h，直到产生深蓝色的深色溶胶，所得深色溶胶于70℃烘箱中加热，获得浓缩后溶胶。

（2）沉积：将约0.4wt％羟丙基纤维素（hpc）添加到上述溶胶中，以实现溶胶的长期稳定性并获得用于浸涂沉积的最佳粘度。使用浸涂技术，在室温下以8cm/min的提拉速度，将ag-mno2胶液沉积在清洁良好的载体ss-304上。

（3）成膜：将涂布的液膜在80℃下干燥20min，并以1℃/min的加热速率在500℃下退火0.5h。所有样本仅经历浸渍/退火循环。

将步骤（1）制备所得的部分溶胶高温干燥后研磨粉碎得到ag-mno2金属氧化粉体，对其做吸光性能测试，测试结果如图1所示。

由图1可以明显观察到，在紫外-可见光-近红外波段内有强峰，可以初步得出结论，溶胶凝胶一步法制得的ag-mno2粉体有优异的选择性吸收功能。相应的，其对应的ag-mno2纳米复合薄膜也具有优异的选择性吸收功能。

技术特征：

1.一种溶胶凝胶法合成ag-mnox纳米复合薄膜的方法，其特征在于：在室温、磁力搅拌条件下，将一定比例的硝酸银、乙酸锰、络合剂溶解在无水乙醇中；将所得混合物保持搅拌，直到产生深蓝色的深色溶胶；将所得溶胶置于烘箱中，蒸发部分乙醇，得到浓缩后的溶胶；在浓缩后的溶胶中添加有机成膜剂，在室温下通过浸涂将ag-mnox薄膜沉积在载体上；将涂布的液膜干燥，并退火，即得到ag-mnox纳米复合薄膜。

2.根据权利要求1所述溶胶凝胶法合成ag-mnox纳米复合薄膜的方法，其特征在于步骤如下：

（1）溶胶的制备：在室温、磁力搅拌条件下，将硝酸银、乙酸锰和络合剂溶解在无水乙醇中；硝酸银浓度为0.1-0.3mol/l，乙酸锰浓度为0.1-0.5mol/l，络合剂的添加量为银粒子浓度的0.5-4倍；将所得混合物保持搅拌1-2h，直到产生深蓝色的深色溶胶；将所得溶胶置于65-75℃烘箱中浓缩8-12h，得到浓缩后的溶胶；

（2）沉积：按步骤（1）所得溶胶质量计，将0.1%-20%的有机成膜剂添加到上述溶胶中；在室温下以6-10cm/min的提拉速度，通过浸涂将ag-mnox薄膜沉积在清洁良好的载体上；

（3）成膜：将步骤（2）涂布好的液膜在70-80℃下干燥10-30min，并以1-10℃/min的加热速率加热至200-500℃。

3.根据权利要求2所述溶胶凝胶法合成ag-mnox纳米复合薄膜的方法，其特征在于：步骤（1）中所述络合剂具体为四亚乙基五胺tepa或二乙醇胺dea。

4.根据权利要求2所述溶胶凝胶法合成ag-mnox纳米复合薄膜的方法，其特征在于：步骤（1）中锰离子的含量相比银过量。

5.根据权利要求2所述溶胶凝胶法合成ag-mnox纳米复合薄膜的方法，其特征在于：步骤（2）中有机成膜剂为羟丙基纤维素hpc或羟丙基甲基纤维素hpmc。

技术总结
一种溶胶凝胶法合成Ag‑MnOx纳米复合薄膜的方法，属于功能涂料技术领域。本发明在室温、磁力搅拌条件下，将一定比例的硝酸银、乙酸锰、络合剂溶解在无水乙醇中；将所得混合物保持搅拌，直到产生深蓝色的深色溶胶；将所得溶胶置于烘箱中，蒸发部分乙醇，得到浓缩后的溶胶；在浓缩后的溶胶中添加有机成膜剂，在室温下通过浸涂将Ag‑MnOx薄膜沉积在载体上；将涂布的液膜干燥，并退火，即得到Ag‑MnOx纳米复合薄膜。本发明合成所得无杂质相的Ag‑MnOx吸收膜，可以在UV‑VIS‑IR波段内达到高吸收和低发射；本发明制备过程简单，利用了现成的化学品，不需要复杂的设备。

技术研发人员：姚伯龙;范世龙;温焱焱;王露;曾婷;王利魁
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：2019.12.10
技术公布日：2020.04.21