太阳能吸热器涂层材料有哪些

【专家解说】：太阳能吸收涂层对太阳能利用的技术经济性能影响很大，为提高太阳能装置的效率、降低成本，各国太阳能科技工作者对研究、开发太阳能吸收涂层都十分重视，研制成多种涂层，有的已用于生产，取得了良好效果。 1　电镀涂层 　　黑铬涂层 　　黑铬涂层的吸收比α和发射比ε分别为0．93—0．97和0．07—0．15，α／ε为6～13，具有优良的光谱选择性。黑铬涂层的热稳定性和抗高温性能也很好，适用于高温条件，在300℃能长期稳定工作。此外，黑铬涂层还具有较好的耐候性和耐蚀性。 　　但是，现在采用的电镀黑铬工艺，电流密度大(15～200A／dm2)，溶液导电性差，电镀时会产生大量的焦耳热，需要冷却和通风排气才能维持正常生产。另外，黑铬镀在非铜件上，需要先预镀铜，再镀光亮镍，最后镀黑铬，生产成本较高。 　　黑镍涂层 　　黑镍涂层大都是镍合金涂层，其组成随电镀液成份和沉积条件变化。黑镍的电镀液分为两类，即硫酸锌电镀液和含钼酸盐类电镀液。由第一类镀液获得的黑镍涂层，含镍40％～60％，含锌约为20％～30％。 　　黑镍涂层的吸收比α可达0．93～0．96，热发射比ε为0．08～0．15，α／ε接近6～12，其吸收性能较好。 　　黑镍涂层很薄，为了提高涂层与基体的结合力和耐蚀性，常采用中间涂层(如Ni，Cu，Cd)或双层镍涂层。 　　由于黑镍涂层的热稳定性、耐蚀性较差，通常只适用于低温太阳能热利用。 　　黑钴涂层 　　黑钴涂层的主要成分是CoS，具有蜂窝型网状结构，其吸收比α可达0．94～0．96，发射比ε为0．12～0．14，α／ε为6．7～8。 2　电化学表面转化涂层 　　铝阳极氧化涂层 　　铝及铝合金的阳极氧化可在硫酸介质中进行，但在太阳能热利用中，主要用磷酸介质。铝氧化涂层着色有多种工艺，其中电解着色工艺获得的涂层，具有牢固、稳定、耐晒优良特性，并且可进行大规模生产。 　　铝阳极氧化涂层是一种多孔膜，孔隙率达22％，电解着色时金属易沉积在微孔中。用于电解着色的金属盐类有：镍盐、锡盐、钴盐和铜盐等。 　　北京市太阳能研究所研制的铝阳极氧化涂层，先在磷酸溶液中获得氧化膜，再在NiSO4溶液中进行电解着色，其吸收比为0．92～0．96，法向发射比为0．1～0．2，具有良好的选择吸收特性。 　　铝阳极氧化涂层，耐蚀、耐磨和耐光照等性能也相当好，在太阳热水器中已得到广泛应用。 　　CuO转化涂层 　　以阳极氧化法制取的CuO转化涂层，NaOH电解液的浓度为1mol／L，电流密度为2mA／cm2，温度为50～57℃。涂层的吸收比可达0．88～0．95，法向发射比为0．15～0．30。这种CuO涂层有一层黑色绒面，保护不好，会导致吸收比的降低。 　　钢的阳极氧化涂层 　　阳极氧化工艺，在钢的表面可形成阳极氧化涂层，其吸收比达0．92～0．94，发射比为0．31～0．32，抗紫外线和耐潮湿性能良好。 3　真空镀涂层 　　可以采用真空蒸发和磁控溅射技术制备选择吸收性能优良的涂层，但后者的设备比较简单，工艺控制方便，容易在大面积上获得均匀一致的涂层。目前，国内生产的全玻璃真空集热管和热管真空集热管都采用磁控溅射技术制备吸收涂层。 　　磁控溅射制备的涂层，其性能与涂层的材料结构及工艺有密切关系。清华大学生产的全玻璃真空集热管，在管壁上沉积得到的是多层AL－N／AL选择性吸收涂层，其吸收比为0．92，法向发射比为0．06(100℃)，性能十分良好。 4　涂料型涂层 　　涂料型太阳吸收涂层是一种漫射的光学表面，由颜料和粘结剂两部分组成。 PbS涂层 　　以0．1μm枝蔓状晶体PbS为颜料，用乙丙橡胶或氟树脂作粘合剂，配制成涂料，喷涂于抛光的镀锌铁皮上，厚度约0．6mg／cm2，这种PbS涂层的吸收比约为0．85～0．91，发射比约为0．23～0．40，耐热在280℃以上。 　　该涂层制备简单，光学性能较好，但枝蔓状PbS会逐渐氧化变成白色PbSO4，从而失去光热转换功能。同时PbS的防锈能力也较差，主要是因为涂层太薄（1mg／cm2以下)。如果采用钢板作基体时，喷涂前需先在金属上电镀一层防锈金属保护层。 　　过渡金属复合氧化物涂层 　　用带羟基的丙烯酸树脂改性硅氧烷低聚物作粘结剂，以FeMnCuOx作颜料的涂层，太阳吸收比可达0．96，发射比约为0．4。 　　采用酞菁绿和自制的铁铜复合氧化物——Fe3CuO5为颜料，以丙烯酸树脂为粘合剂，以乙酸乙脂、乙酸丁脂和二甲苯混合物为溶剂，采用多次喷涂法，在钢板底材上涂层厚度不超过3μm。该涂层的太阳吸收比为0．94～0．96，发射率比为0．37～0．39。该涂层成本低，性能较好，装饰性强，适合在太阳房和热水器上应用。