C/Ni/NiO复合薄膜的溶胶凝胶法制备及其选择吸收性能的研究

摘要

在能源危机日趋严重的今天，开发新能源利用技术成为世界各国解决能源问题的主要突破口，而太阳能选择吸收薄膜作为一种新型能源材料，可以实现光热转换的功能薄膜材料，越来越成为人们关注的焦点。但现在主流的制备太阳能选择吸收薄膜的方法磁控溅射法，一直存在设备成本高昂、制备工艺复杂等问题，限制了选择吸收薄膜的大规模应用。为了降低成本、简化工艺，本文采用溶胶-凝胶法制备多孔C/Ni/NiO复合薄膜，利用Ni颗粒纳米复合增强结构和表面孔结构来提高薄膜的选择吸收性能。在此基础上，对溶胶网络配置、热处理工艺及薄膜多孔结构调控等方面展开研究，探索薄膜结构与其选择吸收性能的关系，确定最优的薄膜制备工艺参数。
　　本研究主要内容包括：⑴DEA可以通过络合作用控制NiAc2的水解速度、聚合速度及聚合度，从而控制单个Ni-O-Ni网络的大小，形成紧密连接，降低裂纹。高分子有机物PVP在高温真空退火后碳化分解形成含有石墨纳米晶的非晶碳材料，包覆在颗粒状的Ni-O-Ni骨架周围，与此同时，残留碳会与NiO网络发生氧化还原反应生成金属镍。⑵退火温度及退火时间均会对C/Ni/NiO纳米复合薄膜的结构及选择吸收性能产生影响。随着温度的升高、时间的延长，复合薄膜的厚度会逐渐降低，Ni含量逐渐增大，NiO和Ni2O3的含量会逐渐降低；其中金属镍会随着温度升高发生晶型转变，且镍颗粒会随着时间的延长迅速长大而对温度变化不敏感。在温度系列中，C/Ni/NiO复合薄膜的吸收性能会在450℃时表现最优值，这主要是由于镍的晶型转变和薄膜厚度降低引起的。在时间系列中，复合薄膜的吸收率有先上升后下降的趋势，主要是薄膜中金属镍的长大引起的，但由于fcc相的镍颗粒迅速长大，导致薄膜辐射率增大，最终薄膜的光热转换效率逐渐下降。最终确定最适合制备C/Ni/NiO太阳能选择吸收薄膜的退火机制为450℃保温10min。⑶陈化时间及PETA浓度都会对薄膜的形貌、厚度及选择吸收性能均具有重要影响。HRTEM结果表明薄膜中依然存在氧化镍、镍颗粒的均匀分布，并且从SEM结果可以看到，随着陈化时间的延长及PETA浓度的增加，薄膜中大孔的平均尺寸逐渐增大。溶胶配置完成后静置30min更有利于有序阵列大孔的形成。不同 PETA浓度下制备的单层膜表现出较高的的太阳光吸收率（α=0.806~0.847）和较低的热发射率（ε=0.128~0.166）。最优的太阳光热转换效率是0.712，对应的PETA摩尔比为0.3。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 太阳能选择性吸收膜

1.3 太阳能选择性吸收膜的研究进展

1.4 论文的选题意义和研究内容

第二章 实验与测试

2.1 实验原料

2.2 实验设备

2.3 样品制备

2.4 材料表征

第三章 C/Ni/NiO复合薄膜的溶胶配置及其薄膜制备

3.1 溶胶中络合物作用及薄膜形貌的影响

3.2 C/Ni/NiO干凝胶在惰性/空气气氛中退火的热分析

3.3 C/Ni/NiO复合薄膜结构的研究

3.4 本章小结

第四章 热处理工艺对C/Ni/NiO纳米复合薄膜的结构及性能的影响

4.1 热处理温度对C/Ni/NiO纳米复合薄膜的影响

4.2 热处理时间对C/Ni/NiO纳米复合薄膜的影响

4.3 本章小结

第五章 有序多孔C/Ni/NiO复合薄膜的制备及其性能

5.1 光聚合单体PETA与NiAc2溶胶溶解性研究

5.2干凝胶在惰性/空气气氛中退火的热分析

5.3 陈化时间对多孔C/Ni/NiO复合薄膜的影响

5.4 PETA含量对多孔C/Ni/NiO复合薄膜形貌的影响

5.5 PETA含量对多孔C/Ni/NiO复合薄膜的性能的影响

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 不足与展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文和取得的其他研究成果