基于多孔Al2O3的太陽(yáng)光吸收-轉(zhuǎn)化涂層的研究.pdf

1、傳統(tǒng)化石能源使用導(dǎo)致的環(huán)境污染、全球變暖等問(wèn)題已是全球環(huán)境工程中重中之重的首要問(wèn)題。窮目前實(shí)際，罄所有可預(yù)見(jiàn)的替代能源中，即環(huán)保又可持續(xù)的太陽(yáng)能已是唯一的選擇。但目前當(dāng)紅的太陽(yáng)能技術(shù)中，光伏電池、燃料敏化電池或因次生污染、能耗低，或因效率低等問(wèn)題均難敷大用。因此更科學(xué)有效的利用太陽(yáng)能并期望其從根本上替代化石能源已是人類生存與發(fā)展的不二選擇。本課題太陽(yáng)能吸收轉(zhuǎn)化涂層的研究因此而生，希望通過(guò)光熱轉(zhuǎn)化達(dá)到對(duì)太陽(yáng)能的充分利用，提供人類所需的各種

2、形式可直接利用的能量。光熱系統(tǒng)中將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為熱能的吸收涂層是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。吸收涂層在高溫環(huán)境下要求保持高的吸收率和低的熱輻射損耗，一些在低溫環(huán)境下表現(xiàn)良好的涂層在高溫下由于熱穩(wěn)定性差，材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使吸收率下降。多孔氧化鋁模板在構(gòu)建復(fù)合納米結(jié)構(gòu)方面具有廣泛的應(yīng)用，由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，納米孔尺寸可控，尤其氧化鋁本身的低介電常數(shù)和對(duì)入射光弱反射性，是構(gòu)建吸收涂層的良好模板。本文在研究多孔氧化鋁膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和制備技術(shù)的基礎(chǔ)上，探索了基

3、于氧化鋁膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的復(fù)合吸收涂層的制備。
　　 首先，考察鋁片的前處理，電解液的種類，濃度，陽(yáng)極電壓及溫度等因素對(duì)成孔效果的影響，利用兩步陽(yáng)極氧化法，常溫范圍內(nèi)(15℃～25℃)，在高純鋁上制備出孔徑40nm～300 nm，厚度從幾百納米到幾十微米的有序多孔氧化鋁。在此基礎(chǔ)上，探索了工業(yè)純鋁上制備有序多孔氧化鋁膜的工藝參數(shù)，結(jié)合兩步腐蝕方法，制備出有序性高，孔徑40～100 nm，厚度幾百納米至幾微米的氧化鋁膜。
　　

4、 接著，研究不同孔徑、厚度的氧化鋁膜的光學(xué)特征以及填充了金屬顆粒構(gòu)成的吸收涂層其光學(xué)吸收性，總結(jié)出適合用在構(gòu)建選擇性吸收涂層的薄膜特征。以氧化鋁為模板，通過(guò)交流電沉積，制備出Cu-Al2O3，Ni-Al2O3，Cu-Mo-Al2O3，Ni-MoOx-Al2O3復(fù)合吸收涂層。具有最好的吸收效率的涂層是Cu-Al2O3系列薄膜，吸收比α最高可達(dá)0.972，發(fā)射比ε=0.105。Ni-Al2O3涂層具有最好的熱穩(wěn)定性，其涂層在300℃空氣氣氛

5、中退火100小時(shí)反射曲線基本不變，吸收比α達(dá)0.928，發(fā)射比小于0.1，其吸收效率也達(dá)到目前商業(yè)應(yīng)用的水平。合金氧化鋁涂層在吸收比和熱穩(wěn)定方面的表現(xiàn)不如前兩種涂層。
　　 同時(shí)，在多孔氧化鋁模板中利用電化學(xué)方法原位沉積尖晶石CuAl2O4/Cu復(fù)合物納米棒，利用SEM，TEM，XPS，EDS，DRS等檢測(cè)手段分別對(duì)復(fù)合物的形貌，組成，結(jié)構(gòu)作了分析。CuAl2O4/Cu復(fù)合物納米棒的長(zhǎng)度為600～700納米，直徑40～50納米，

6、CuAl2O4晶型為立方尖晶石結(jié)構(gòu)，金屬Cu粒子為多晶。由CuAl2O4/Cu/Al2O3構(gòu)成的涂層表現(xiàn)出良好的太陽(yáng)光選擇性吸收，吸收比/發(fā)射比為0.92/0.06(T=100℃)，涂層在200℃下由于失去結(jié)合水造成結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，吸收比下降，但此后在300℃下保持不變。由于CuAl2O4/Cu復(fù)合物特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，對(duì)其在可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)下的催化氧化作用也進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)表明納米棒陣列在可見(jiàn)光下具有良好的光催化性，3小時(shí)內(nèi)降解目標(biāo)污染物甲基橙6