直流磁控濺射法制備TiNxOy太陽能吸熱薄膜及其性能研究.pdf

1、太陽能作為一種新型清潔能源，是未來社會的主要能源之一。太陽能的熱利用更是新能源開發(fā)領域最重要和商業(yè)化程度最高、應用最普遍的技術。TiNxOy藍膜涂層由于在可見光范圍內對太陽光有強烈的吸收作用，而在紅外光譜范圍內對光的吸收率卻很低，已經成為目前國內平板型集熱器采用的一種主要的吸熱涂層。但是隨著太陽能與建筑一體化的發(fā)展，對平板集熱器用吸熱涂層的要求已經不僅僅局限在擁有良好的吸熱性能，而且由于現(xiàn)在的光熱轉換涂層越來越多地跟墻體或屋面直接結合在

2、一起，并直接與外界環(huán)境相接觸，這樣對太陽能吸熱涂層的外觀顏色和耐腐蝕性能就提出了更高的要求。因此研究并改善TiNxOy吸熱薄膜的制備工藝，提高薄膜的吸熱效率和耐腐蝕性具有十分重要實際應用意義。
　　本論文主要采用直流反應磁控濺射的方法制備出了單層TiNxOy薄膜、TiNxOy/TiN復合薄膜以及TiNxOy/TiSiN復合薄膜。用精密色差儀、掃描電鏡研究了所制備的吸熱薄膜的顏色和表面形貌，并使用CHI-650A電化學工作站測量系統(tǒng)

3、，對所制備的一系列單層及復合吸熱薄膜進行了電化學性能的測定，以評定薄膜基體系的耐蝕性能;采用分光光度計對所制備的吸熱薄膜的選擇性吸收性能進行研究。主要研究結果如下:
　　(1)對于單層TiNxOy薄膜，通過控制濺射時間和濺射時的氧氣分壓可以得到外觀顏色不同的TiNxOy薄膜。且在一定氧氣分壓范圍內，隨濺射時間的增加，單層TiNxOy薄膜的顏色值在Lab色彩空間ab面的投影圖中總體上呈現(xiàn)出一個“V”型的分布趨勢。
　　(2)通

4、過控制濺射時的氧氣分壓，制備出了顏色值接近于藍色的TiNxOy/TiN復合薄膜以及TiNxOy/TiSiN復合薄膜。尤其是當氧氣分壓為0.15Pa時，在鋁基片上制備的TiNxOy/TiN復合涂層的Lab顏色值分別為34.68、-6.06、-29.49與廠商提供的產品的顏色值35.53、-6.85、-22.50十分接近，且比廠家的產品更偏藍一點。
　　(3)當濺射時間為5min時，不管是單層TiNxOy薄膜，還是TiNxOy/TiN

5、或者TiNxOy/TiN復合薄膜，它們在不同的制備條件下都呈現(xiàn)出一種均勻分布的大大小小的凹坑狀表面形貌。而且這種表面形貌主要與基底的前處理產生的微小腐蝕坑有關。而對于單層TiNxOy薄膜來說，隨著濺射時間由5min增長到15min，其表面的凹坑先是逐漸被填平，而后又在變平的表面又出現(xiàn)了新的更加小的凹坑狀形貌，這一過程中也同時伴隨著顆粒的不斷長大。
　　(4)單層TiNxOy薄膜的耐腐蝕性隨著氧氣分壓的增加呈“V”型的變化趨勢，隨濺

6、射時間的增加明顯提高;TiNxOy/TiN復合薄膜的耐腐蝕性是隨著氧氣分壓的增高而不斷降低的，在氧氣分壓為0.11Pa時制得的TiNxOy/TiN復合薄膜的耐蝕性最好;TiNxOy/TiSiN復合薄膜的耐蝕性是隨著氧氣分壓的增高，先提高后降低，且在氧氣分壓為0.15Pa時的耐蝕性最優(yōu)。
　　(5)在氧氣分壓為0.11Pa時，TiNxOy/TiN復合薄膜的吸收率α為0.75，發(fā)射率ε為0.06，α/ε為12.5，說明本實驗中所制備的