在石化等一系列不可再生的能源漸漸減少的背景下,現(xiàn)有的世界能源結(jié)構(gòu)將會發(fā)生重大變化,太陽能將會逐步代替現(xiàn)有的常規(guī)能源,成為人類生產(chǎn)生活必不可少的重要能源,對太陽能的光熱利用的研究已經(jīng)成為當(dāng)今科學(xué)界的一大熱點(diǎn),在世界各地掀起一股新的科研浪潮。太陽能高選擇性吸收涂層的主流制備方法(磁控濺射法)存在工藝復(fù)雜,生產(chǎn)成本高,效率低下等問題,一直制約著大規(guī)模應(yīng)用,故本論文針對上述問題,提出了一種新的合成思路以及簡約的工藝,同時還解決了涂層的耐熱性能,主要研究內(nèi)容及成果如下:第一部分:以異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、甲酸和雙端羥基聚醚改性硅油(THPDMS)為原料,ε-己內(nèi)酰胺封端劑,二月桂酸二丁基錫以及三乙胺為催化劑,合成封端多異氰酸酯交聯(lián)劑,驗(yàn)證了交聯(lián)劑成功合成,然后與樹脂高溫交聯(lián)固化。通過紅外核磁表征,成功合成封端含硅氧烷多異氰酸酯交聯(lián)劑,并利用原位紅外和DSC聯(lián)合表征出封端含硅氧烷多異氰酸酯交聯(lián)劑的解封端溫度160-170℃和與端羥基樹脂固化溫度180℃。通過拉伸表征證實(shí)了交聯(lián)劑中THPDMS的加入,會使膠膜的斷裂伸長率和拉伸強(qiáng)度都大幅度提高,提高空白膠膜的韌性和機(jī)械強(qiáng)度。通過熱失重表征,發(fā)現(xiàn)沒加THPDMS的膠膜在250℃開始分解,而加了THPDMS的熱分解全部在300℃以上,最高可達(dá)350℃,基本滿足中高溫太陽能吸收涂層的要求。同時通過拉曼光譜儀分析膠膜煅燒后殘留物的石墨化程度以及原子力顯微鏡觀察殘留物表面形貌,進(jìn)一步證實(shí)了隨著THPDMS含量增加,膠膜熱穩(wěn)定性加強(qiáng)。第二部分:采用Cu(NO_3)_2·3H_2O、Cr(NO_3)_3·9H_2O、MnCl_2·4H_2O為主要原料,以NaOH作為沉淀劑制備黑色粉體。采用硅溶膠和有機(jī)硅樹脂復(fù)合的粘結(jié)劑,通過各種測試,得到含量10%左右的硅溶膠的涂膜綜合性能最佳。通過熱重分析,證明此涂膜符合中高溫涂層要求。通過光譜儀器得出粉體中Cr(NO_3)_3·3H_2O用量較多時,所制得的涂層的吸收率α_s較大、發(fā)射率ε_T較低;當(dāng)加入較多Cu(NO_3)_2·3H_2O的粉體時,涂層吸收率α_s會有所降低,但發(fā)射率ε_T相對升高。從粉體SEM圖來看,粉體表面的凸起結(jié)構(gòu)和孔洞結(jié)構(gòu)對一定波長的光起到散射作用,增加了光的反射次數(shù),從而增加了吸收率,且不易發(fā)生表面的團(tuán)聚,大大提高了金屬顆粒的熱穩(wěn)定性。通過XRD分析粉體的晶型,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)得到的粉體是復(fù)合氧化物CuCrMnO_x。第三部分:利用溶膠-凝膠法制備了Fe_xCu_yMn_zO,并采用CaCO_3聯(lián)合高溫煅燒方法,在功能性粉體上制造針狀結(jié)構(gòu),采用上述硅樹脂和硅溶膠,配合一定比例助劑和功能性粉體,通過高壓噴涂的方法均勻涂覆在鋁板上。XRD表征證明了粉體煅燒處理后形成了Fe_xCu_yMn_zO晶態(tài),結(jié)合XPS表征和能量譜圖定量表征得到粉體A的化學(xué)結(jié)構(gòu)大致為CuMn_3FeO_4,XPS還證實(shí)了粉體各元素以化學(xué)鍵共存。并通過UV3600以及TENSOR27光學(xué)儀器考察了涂層的紫外-可見-紅外波段的吸收率和遠(yuǎn)紅外波段的發(fā)射率,得到了紫外-可見-紅外波段高吸收率和遠(yuǎn)紅外波段低發(fā)射率的太陽能高選擇性吸收涂層。利用粒徑分析儀探究粉體煅燒時間,得到最佳反應(yīng)時間為8 h。用SEM表征粉體表面結(jié)構(gòu),探究出CaCO_3添加量對粉體表面形貌的影響,從而對涂層的發(fā)射率的影響。利用硅片作為底材,在其表面刻蝕出類似金字塔的棱錐結(jié)構(gòu)。通過SEM對其表面形貌進(jìn)行表征,并利用AFM從三維角度來解析硅片刻蝕形貌,發(fā)現(xiàn)刻蝕時間長短影響硅片表面類金字塔的密度,聯(lián)合UV3600光學(xué)儀器對涂覆在硅片上涂層進(jìn)行表征,發(fā)現(xiàn)涂層吸收率增加,并且類金字塔結(jié)構(gòu)越密集吸收率越高。通過實(shí)際測量發(fā)現(xiàn)涂層具有高選擇性吸收太陽光能力,也進(jìn)一步證實(shí)了太陽能高選擇性吸收體現(xiàn)在紫外-可見光-紅外區(qū)域的高吸收,遠(yuǎn)紅外區(qū)域的低發(fā)射。
【學(xué)位單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB306;TK51
【部分圖文】：

第一章 緒論背景及意義肺腑，森羅萬象羅心胸‖，古往今來，煜煜的陽光總是給人也是大自然的―造物者‖，是能源的源泉，可以這樣說，人類今世界，在石化等一系列不可再生的能源漸漸減少的大背景會發(fā)生重大變化，太陽能源將會逐步代替現(xiàn)有的常規(guī)能源，的重要能源，太陽能的利用的研究已經(jīng)成為當(dāng)今科學(xué)界研究用沒有界限，在全球范圍內(nèi)的任何地方都可以進(jìn)行開發(fā)和利，應(yīng)用前景廣闊。目前，全球能源供應(yīng)問題日顯突出，世界續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，太陽能光熱利用技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用已成為研究熱的科研浪潮[2-3]。

按工作溫度分類，分為低溫工作領(lǐng)域和中高溫工作領(lǐng)域。太陽能熱水器、太陽能海水淡化等集熱溫度在 100 ℃以下屬于低溫工作領(lǐng)域，而高溫工作領(lǐng)域一般配有太陽光聚集系統(tǒng)，如蝶式太陽能光熱發(fā)電站[10]、塔式太陽能光熱發(fā)電站[11]和中心聚光太陽能熱發(fā)電站[12]等工作溫度在 200 ℃以上。1.2.1 中心聚光太陽能熱發(fā)電（CSP）30 兆瓦～200 兆瓦范圍內(nèi)的中心聚光太陽能發(fā)電廠現(xiàn)已在加利福尼亞州和歐洲地區(qū)成功運(yùn)行。與此同時，2016 年 9 月，中國宣布建立 20 個的中心聚光太陽能熱發(fā)電（CSP）項(xiàng)目，預(yù)計到 2018 年將安裝 1.4 億瓦的容量[14]。全世界幾乎每天都在計劃建造新的聚光太陽能發(fā)電廠[15]。聚光的太陽能收集器非常有效，也完全取代了傳統(tǒng)發(fā)電廠使用的化石燃料。就像化石燃料常規(guī)電廠一樣，集中太陽能發(fā)電廠的可用性接近 100 ％，但沒有二氧化碳、有害空氣污染物、氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)化合物和化石燃料的溫室氣體的排放。在圖 1-2 中，左側(cè)較大的紅色正方形表示熱沙漠地區(qū)，如果覆蓋著太陽能發(fā)電廠，將產(chǎn)生與世界目前使用的電力相當(dāng)?shù)碾娏�。較小的廣場顯示了提供歐盟所需電力的相應(yīng)區(qū)域[16]，這就意味著太陽能熱發(fā)電具有廣闊的前景。

提高這種設(shè)備整體效率的關(guān)鍵在于是提高工作流體（HTF）的溫度，以提高熱力循環(huán)（熱能到機(jī)械能和電能轉(zhuǎn)換）的卡諾效率[20]。這種改進(jìn)的一個障礙是 HTF 的熱穩(wěn)定性，因?yàn)楹铣捎驮?400 ℃（673 K）以上的溫度下不穩(wěn)定，故工作溫度在 500-565 ℃（773-838 K）的范圍內(nèi)采用熔鹽（MS）或加壓蒸汽（DSG）作為 HTF。在用熔鹽（MS）或加壓蒸汽（DSG）作為傳熱流體情況下，經(jīng)受集中太陽輻射以加熱 HTF 的太陽能接收器或集熱元器件（HCE）具有約 550-600 ℃（838-873K）的表面溫度[21]。因此，高溫線性聚光太陽能發(fā)電廠發(fā)展的主要障礙就是集熱元器件（HCE）的熱穩(wěn)定性，更具體地說是考驗(yàn)其太陽能高選擇性吸收涂層（SSAC）的熱穩(wěn)定性[22-23]。圖 1-3 是太陽能光熱轉(zhuǎn)換的實(shí)際應(yīng)用場景，太陽光照射在所有物體表面基本上都會吸收一定太陽能轉(zhuǎn)化成熱能，但是并不是每一種材料都能高效吸收太陽能并轉(zhuǎn)化熱能，所以提高發(fā)電綜合效率的又一關(guān)鍵要素就是吸收太陽能材料的吸收效率[24-27]。歸根結(jié)底，對于總共厚度僅為幾百納米的多層薄膜（太陽能選擇性吸收涂層），不僅僅在熱能轉(zhuǎn)化電能上起到關(guān)鍵作用，更主要是它們在吸收集中的太陽能并將其轉(zhuǎn)化為熱量（光熱轉(zhuǎn)換）過程中起中流砥柱的作用，同時限制輻射熱的損失，因此是太陽能光熱利用的核心元件[28]。
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本文編號：2881531