超细空心镍粉在太阳能选择性吸收涂层中的应用研究

摘要

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，但由于其到达地球后能量密度小，在直接应用之前，必须提高其能量密度。目前研究的太阳能选择性吸收涂层对可见光的吸收率很高，能够把低品位的太阳能转换成高品位的热能，是太阳能热利用中的关键技术，对提高集热器效率至关重要。本文通过自催化还原法制备出超细空心镍粉，在此基础上，研究其在太阳能选择性吸收涂层中的应用，主要考察了工艺参数对镍球粒度的影响，重点研究了不同粒径镍球在紫外-中红外波长范围内的光性能，探讨了镍球-树脂型涂层在紫外-近红外波长范围内的光吸收特性，并分析了涂层厚度及热处理对光吸收性能的影响。取得了以下研究结果： （1）对超细空心镍球的制备工艺进行研究表明，影响产物的粒径大小及粒度分布、产物形貌和成份主要是反应物浓度，其中氢氧化钠浓度对产物粒径大小和粒度分布有重要影响。当NaOH浓度达到0.45 mol/L时，可得粒径为80nm左右的纳米级镍球。改变溶液中的次磷酸钠浓度对镍球的粒径和形貌影响不大，但对产物中的磷含量有一定的影响。 （2）对所制备不同粒径镍球的吸收谱和透射谱线进行分析表明，在所测量的波长范围内，随着波长的增加，镍球光吸收性能均发生了不同程度地降低。同时，在紫外-可见-近红外的吸收谱中有明显的由P-O键振动引起的吸收峰，在中红外透射谱中也存在由H-O键弯曲振动和伸缩振动引起的吸收峰。 （3）将不同粒径镍球与树脂混合制备成涂层，研究表明，随着涂层中吸收剂粒度的减小，涂层的吸收率增大。通过计算所得涂层的吸收率，亚微米级和纳米级镍球所得涂层的吸收率均在0.96以上，其中粒径约为150nm镍球所得涂层的吸收率达到了0.98。 （4）研究表明，涂层厚度对光吸收有一定影响。随着涂层厚度增加，涂层的吸收率增大，但当达到一定厚度后，再增加涂层厚度，对光吸收效果的影响不大。同时对涂层在80℃下热处理10个小时后仍保持较好的吸收效果。 研究结果表明，利用自催化还原法制备的超细空心镍粉来制备太阳能选择性吸收涂层，与目前文献报道吸收涂层的吸收率0.96相比，有一定的优势。超细空心镍球作为吸收剂可望在太阳能吸热涂层中得到应用。