太阳能吸热材料的研究

太阳能吸热材料的研究

目录

论绪 (1)

第一章太阳能吸热材料的概述 (2)

1.1太阳能吸热材料的发展现状 (2)

1.2 太阳能吸热材料的概念与分类 (2)

第二章几种太阳能吸热材料的光学性能和制备工艺 (2)

2.1硅溶胶吸热涂料 (2)

2.2 电镀吸收涂层 (4)

2.2.1 黑铬涂层 (4)

2.2.2黑镍涂层 (7)

2.2.3黑钴涂层 (8)

2.3电化学表面转化涂层 (9)

2.3.1铝阳极氧化涂层 (9)

2.3.2 CuO转化涂层和钢的阳极氧化涂层 (10)

2.4 真空镀涂层 (10)

第三章总结 (13)

3.1 太阳能吸热材料的发展趋势 (13)

3.2 结论 (13)

参考文献： (14)

论绪

随着人类社会的不断发展，人与自然的矛盾也愈来愈突出。目前全世界范围面临的最为突出的问题是环境与能源，即环境恶化和能源短缺。面对这样一种局面，各国政府采取正确的对策来处理，其中最为有效的方法就是发展新材料及相应的技术。事实上几年来人们对太阳能吸热材料的研制和利用，已显示了积极有效的作用。这一新型功能材料的发展，既可解决人类面临的能源短缺，又不造成环境污染。尽管太阳能吸热材料的成本还较高和性能还不够完善，但随着材料科学的不断进步，太阳能吸热材料愈来愈显示了诱人的发展前景。可以预见，在下个世纪，太阳能吸热材料将扮演更为重要的角色。

大阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，也是清洁能源，不产生任何的环境污。二十世纪初人们就研究如何收集利用太阳能，从最早的太阳能动力装置研究到太阳能平板集热器的研究，为解决能源短缺问题都是重大的进步。为了充分有效地利用太阳能，人们发展了多种太阳能材料，并且加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，取得了太阳选择性涂层技术上的重大突破。70年代以后人们研制成许多新型选择性涂层并进行批量生产和推广应用，目前已研制成上百种选择性涂层。我国自70年代开始研制选择性涂层，取得了许多成果，并在太阳集热器上广泛使用，效果十分显著。为此，随着科技的不断进步，新型太阳能吸热材料不断涌现，并且会是更为经济，性能更好的材料。本文主要是通过查阅资料和相关数据的分析，介绍多种太阳能吸热材料的制备工艺、吸热性能、经济性等。综合评估材料的各方面性能，并提出一些看法。多种太阳能吸热材料制备成本较高，获取一种廉价、使用性高、耐候性好且具有一定选择性的太阳能吸热材料，一直是人们关注的问题。

第一章太阳能吸热材料的概述

1.1太阳能吸热材料的发展现状

人类很早以前就直接或间接地利用太阳能，但是长期以来太阳能利用一直发展缓慢。随着20世纪70年代的能源短缺、全球环境污染问题日趋严重，迫使人们发展利用太阳能的新型材料，而且各国在新领域有新兴技术的迅猛发展，使得太阳能材料的研究进入新高潮。为此，人们发展了多种太阳能吸热材料。

1.2 太阳能吸热材料的概念与分类

太阳能吸热材料是一种能将太阳辐射能转换热能的功能材料。太阳能吸热材料可分为选择性和非选择性吸热材料。非选择性吸收涂层是指其光学特性与辐射波长无关的吸收涂层；选择性吸收涂层则是指其光学特性随辐射波长不同有显著变化的吸收涂层。本文主要介绍选择性吸热材料。

第二章几种太阳能吸热材料的光学性能和制备工艺2.1硅溶胶吸热涂料

太阳能吸热涂料是一种用它制成的膜能把太阳辐射能转换热能的功能材料。这种太阳能吸热涂料制成的膜在室外环境下工作，必须具备良好的耐候性、防水性。在国内很多采用了油性涂料，如黑板漆，或者黑板漆中加入石墨，或者酚醛黑漆中调入沥青，这些都是为了保持膜的良好防水性能。但是，这类涂料制成的膜为有机物，缺点是它是一种非选择性吸热涂料，吸收率和发射率都高，热利用率低下。日本Descente Ltd 公司选用CrC、Al做发色体，使得涂料的吸热选择性得到了提高，Boris Kidric Inst 公司用有机炭黑配以二氧化硅做发色体，也提高了吸热选择性。美国Martin Corp 公司将F-6331 铁黑做发色体，水玻璃作为膜物，虽然吸收率很高，但防水性差。北大刘胜峰等人使用硅氧烷

聚合物作为膜物，铁锰铜氧化物做发色体，在铝板上成膜，n=0．958，￡=0．71；若用丙烯酸树脂改性的硅氧烷聚合物做膜物，n=0．958，￡=0．419，但是这样的成本较高，从经济性考虑这种材料还是有欠缺的。所以，想要获得一种廉价、耐候性好、具有防水性且具有一定选择性的太阳能吸热涂料，成为了人们关注的问题。

涂料是由成膜物和发色体组成的。硅溶胶吸热涂料的成膜物选用硅溶胶做膜物，发色体选用铁粉。硅溶胶是聚硅酸的水性胶体，白色荧光，呈半透明状。胶体粒子很小，半径为15nm，由胶核、密集层、扩散层组成。在密集层和扩散层之间，靠阳极电位为-91mV，靠阴极电位为-9.6mV。这样的一种胶粒结构容易产生交联、凝聚，尤其是当外界有少量的离子电荷存在时，硅溶胶就会立即出现凝胶现象。密集层中有氢氧化硅存在，氢氧化硅本省就容易发生缩合脱水，至使胶核交联成了更大的网状结构。在这种网状结构中有一些空隙，将少量的聚丙烯酸酯乳液或其他的高分子乳液注入这种空隙中，按胶粒间离子电荷分布定位，用这种方法提高了网状结构的强度，从而获得了更加坚固的表面膜。由于膜物的主要成分是硅氧体，所以其耐候性能自然是比较良好的。

发色体的选用依据是膜的太阳能转化实际上是一种光谱现象，取决于发色体的价电子性质。固体发色体价电子行为由能带理论中的能隙概念描述，这个概念考虑了发色体的化学健特征和晶体场特征，因此与只以元素的电负性大小作为选材依据相比。更符合实际情况。只要发色体的键能隙与太阳光的光量子能量匹配，发色体就会产生吸光现象．太阳光能量密度集中在0．4～0．8 m波段，对应的光量子能量为1．543～3．085eV。与这种光量子能量匹配得较好是金属、台金、

半导体的健能隙。发色体的粒径选择对膜的吸光特性也很重要。达到胶体粒径时，束缚能级将起很大作用。

硅溶胶加少量聚丙烯酸酯乳液做成膜物，选用1p．m粒径铁粉做发色体，体积浓度取30%，经研磨，形成均匀分散系，分别涂布在铝板和石英玻璃上，经 l h 固化，便成膜。膜在水中浸溃1个月，没有发生脱落现象。对石英玻璃扳上的膜做30Onm、320nm、500nm 和lO00nm紫外、可见光透视，透视率等于零；1000~2600nm 红外光透视，透视率为5—5O% ，具有光谱选择性。涂在铝板上的膜进行漫反射