电化学法制备黑镍-纳米氧化铝光谱选择性吸收涂层

摘要

在当前世界处于能源短缺和环境污染日益加重的背景下，能源问题逐渐成为限制国际社会经济发展的障碍，越来越多的国家逐步开始寻求经济发展的新动力:开发新能源。太阳能是新能源的主要组成部分，太阳能以各种形式被转换成能量加以利用，其中太阳能光热利用和光伏发电技术是发展比较成熟的技术。光热利用广泛应用于太阳能集热器，而集热器中最关键的组成部分是太阳能选择性吸收表面。如何最大化的对太阳辐射能在进行高效率吸收的同时保证能量的不流失是很关键的技术。
　　 本文通过介绍太阳的热辐射和选择性吸收涂层的基本原理，结合选择性吸收涂层的基本结构种类和制备方法，结合实验室制备条件，采用复合电沉积的方法在不锈钢表面制备具有选择性吸收的薄膜。
　　 在本论文中，以镀光亮铜为选择性吸收薄膜的红外反射层，以黑镍-氧化铝为选择性吸收涂层，分别研究电镀液温度、电流密度和电镀时间等电镀工艺参数对选择性吸收涂层的光学性能的影响，最后确定满足太阳能选择性吸收涂层的最佳制备工艺。制得的涂层分别采用UV-Vis-NIR紫外可见光红外分光光度计和BRUKER红外光谱仪来分析计算涂层的吸收率和发射率，利用SEM和AFM对涂层的表面形貌及其粗糙度进行表征，然后应用EDS和XRD来对涂层的组成元素及其相结构进行表征，最后就涂层的综合因素进行总结论述。
　　 通过实验数据分析，总结出最佳制备工艺为:当电镀时间为10min，电流密度为0.15 A/dm3时和镀液温度为30℃时，测定涂层吸收率α=0.865，反射率ε=0.063，吸收比达到α/ε达到13.73。
　　 此时涂层表面主要的组成元素为Ni、Al、Zn、Cu、O、S、C，其组成相主要为C金刚石结构、γ-Al2O3、NiO。通过表面形貌分析可以明显看到涂层中的金属离子被氧化铝包覆，使得涂层孔隙率减少，这样制得的涂层大大提高了涂层的耐腐蚀性能。说明纳米氧化铝特殊的物理化学性能能有效改善涂层的表面形貌和结构，有效提升涂层的选择性吸收性能。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 热辐射的特性

1．2．1 黑体辐射

1．2．2 太阳辐射

1．2．3 实际物质的辐射特性

1．3 光谱选择性吸收原理

1．3．1 理想的选择性吸收表面

1．3．2 太阳辐射吸收率和发射率

1．4 太阳能应用

1．4．1 太阳能利用现状及发展展望

1．5 实验研究目标及内容

1．5．1 研究目标

1．5．2 研究内容

第二章 高效光谱选择性吸收涂层的设计

2．1 光谱选择性吸收材料

2．2 中高温光谱选择性吸收表面

2．3 常用选择性吸收涂层机理

2．3．1 本征吸收涂层

2．3．2 金属陶瓷复合涂层

2．3．3 光干涉型涂层

2．3．4 表面微不平基质型涂层

2．3．5 半导体-金属反串组合吸收

2．4 光谱选择性吸收涂层的制备方法

2．5 电化学制备技术

2．5．1 复合电镀机理

2．5．2 纳米复合电镀技术

2．5．3 复合电镀层的基本性能要求

2．6 选择性涂层结构的设计

2．6．1 吸收层的设计

2．6．2 红外反射底层的设计

2．6．3 涂层厚度的设计

第三章 制备工艺流程

3．1 实验器材及原料

3．2 技术路线方案

3．2 电镀前处理工艺

3．3．1 磨光

3．3．2 超声波清洗

3．3．3 除油

3．3．4 浸蚀

3．3．5 抛光

3．4 复合涂层的制备

3．4．1 红外反射层的制备

3．4．2 吸收层的制备

3．5 涂层的特性表征分析

3．5．1 涂层光学性能分析

3．5．2 涂层形貌分析(SEM)

3．5．3 涂层表面粗糙度分析(AFM)

3．5．4 涂层表面元素分析(EDS)

3．5．5 涂层物相定性分析(XRD)

第四章 实验结果与分析

4．1 镀铜层的形貌分析

4．2 黑镍-氧化铝涂层的光谱性能分析

4．2．1 镀液温度的影响

4．2．2 电镀时间对涂层性能的影响

4．2．3 电流密度对涂层性能的影响

4．2．4 涂层结构对涂层光学性能的影响

4．3 涂层的形貌分析

4．4 黑镍-氧化铝涂层的断面形貌分析

4．5 涂层AFM分析

4．6 涂层表面能谱分析EDS

4．7 涂层XRD衍射分析

第五章 结论与展望

5．1 结论分析

5．2 展望

参考文献

致谢