太阳能高温真空集热管表面增透膜的制备工艺控制及性能

摘要

太阳能的利用能够避免化石能源所带来的环境危机,同时满足日益增长的能源需求。太阳能光热、光电利用技术可以解决工业与民生领域中的热能和电能的供给。
　　高温真空集热管是太阳能光热发电系统中的关键组成部件,其性能直接决定整个系统的集热效率。为了使太阳光最大化地透过玻璃进入集热管的核心部分,提升太阳光的利用效率,需要在玻璃管表面制备一层具有增透作用的光学薄膜。同时,由于集热管的使用环境在户外,尘土及污染物的附着会影响到玻璃管的透光性能,这就给增透膜的自清洁性能提出了更高的要求。
　　二氧化硅(SiO2)薄膜由于具备低反射率及低的表面散射性能,可以增强光的透射率,因此,纳米SiO2被认为是制备增透膜的首选材料。本论文针对目前太阳能集热管对透光性及自清洁性能的需求开展了SiO2增透膜的制备工艺研究,解决了膜系设计、制备等技术问题。论文研究内容如下:
　　1、用电子束蒸发技术制备了单层SiO2增透膜,并考察膜厚度对膜层光学性能的影响,选择了最优化的工艺参数。结果表明,该膜层可使玻璃对可见光的透射率从92％提升至95%以上。
　　2、用溶胶-凝胶法制备了单层、双层及复合SiO2增透膜膜系。截止目前,国内外已有多篇文献报道了用溶胶-凝胶法制备SiO2薄膜的方法,但均是采用价格昂贵的正硅酸乙酯(TEOS)作为SiO2溶胶的前驱体,这在很大程度上限制了薄膜的大面积工业化使用。针对该问题,本论文通过采用廉价的硅溶胶代替TEOS作为原料,工业乙醇为溶剂,以酸或碱为催化剂制备SiO2增透膜,并在理论上探讨了不同催化剂作用下的过程机理。检测结果表明,该膜系对玻璃的透光率均有大幅度的提升,透射率达96%-99%,且部分已应用于太阳能集热产业中。
　　3、为了制备集增透和自清洁于一体的多功能光学薄膜,论文采用真空镀膜法制备了SiO2/TiO2双层膜,其中的TiO2薄膜是用磁控溅射法制备,通过控制膜的厚度及后处理的工艺,该双层膜将玻璃对可见光的透射率提升至94-95%,且膜层具有超亲水性和光催化性能。
　　4、用溶胶-凝胶法制备出一系列SiO2/TiO2双层膜及SiO2-TiO2复合膜,通过对薄膜光学性能、表面形貌、成份分析、自清洁性能的检测,选择最佳工艺条件,得到了满足实际应用需求的薄膜。

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1 绪论

1.1 论文工程技术需求背景

1.2 论文研究内容及创新点

2 增透膜原理及应用

2.1 增透膜原理

2.2 增透膜的应用

2.3 增透膜的发展

2.4 增透膜的制备方法

3 增透膜的表征技术

3.1 紫外可见分光光度计

3.2 JSM-6701F冷场发射型扫描电镜(SEM)

3.3 X射线衍射仪(XRD)

3.4 傅里叶变换红外光谱仪

3.5 纳米压痕实验的测试

3.6 抗划伤性能的检测

3.7 摩擦试验机

4 电子束蒸镀法制备单层SiO2增透膜的工艺控制及性能

4.1 电子束蒸镀原理

4.2 镀膜设备

4.3 电子束蒸镀法制备单层SiO2增透膜的镀膜工艺

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

5 溶胶-凝胶法制备单层SiO2增透膜的工艺控制及性能

5.1 引言

5.2 实验试剂(材料)

5.3 实验内容

5.4 结果与讨论

5.5 SA膜在太阳能光热发电产业中的制备、性能及应用

5.6 本章小结

6 溶胶-凝胶法制备双层或复合SiO2增透膜的工艺控制及性能

6.1 引言

6.1 本章工艺所用试剂

6.2 实验试剂(材料)

6.3 实验

6.4 结果与讨论

6.5 本章小结

7真空镀膜法制备SiO2/TiO2双层膜的工艺控制及性能

7.1 TiO2自清洁性能

7. 2磁控溅射原理

7.3 镀膜设备

7.4 实验内容

7.6本章小结

8 溶胶-凝胶法制备SiO2/TiO2双层膜的工艺控制及性能

8.1实验试剂(材料)

8.2 实验内容

8.3 结果与讨论

8.4 本章小结

9溶胶-凝胶法制备SiO2-TiO2复合膜的工艺控制及性能

9.1引言

9.2 实验试剂(材料)

9.3 实验内容

9.4 结果与讨论

致谢

参考文献