毕业论文课题相关文献综述
1.1.研究背景与现状
太阳能是目前最环保的可再生能源，最简单的太阳能利用方法是使用太阳能吸收器的光热转换［12］。太阳能接收器是主导聚光太阳能发电(CSP) 整体性能的关键部分之一，为了提高发电系统的效率，在不低于600℃的高温下，该涂层对波长λ＜2．5μm 的区域应具有高的太阳吸收率，在λ＞2.5μm 的红外区域(IR)应具有低的热发射率。因此，需要具有更好光学性能和优异耐热性的新型光谱选择性表面材料用于太阳能热发电。
随着能源的日益枯竭，太阳能的开发利用成为研究热点，太阳能的光热转化主要通过太阳能吸收涂层实现。太阳能选择性吸收涂层[16]是一类对太阳光能量辐射主要区域（紫外可见近红外区）高吸收、中远红外低发射性能中远红外低发射性能的涂层，其制备方法主要有磁控溅射法、涂料法、化学沉积法、真空蒸镀法等，然而这些制备方法均分别存在一些问题，如生产成本高、发射率高、污染大、制备工艺复杂等。
20世纪50年代前，太阳能集热器一直使用没有选择性的黑板漆和无光黑漆作为吸收涂层[5]。1954年，在第一次世界太阳能大会上以色列专家泰勒和美国专家吉尔顿柯尔论证了制作高吸收率和低发射率选择性涂层表面的可能性。此后，选择性吸收涂层研究才开始在世界各国发展起来，光谱选择性吸收涂层是太阳能光－热转化技术的核心，许多国家都在努力研究制备工艺简单、成本低廉、稳定性好、耐候性强、吸收率高、热发射率低的光谱选择性吸收涂层[18]。澳大利亚、以色列、德国、日本、埃及等国不惜投入巨资进行研究，一系列的涂层系统被开发出来。澳大利亚悉尼大学研究出3层结构的涂层，里层是亮金属反射层，中间是太阳能吸收层，外层是减反射层[10]，结果表明金属纳米粒子的引入大大增强了太阳能吸收率。日本科学家提出了铝的阳极氧化膜上覆有机树脂的涂层。Pathkar采用在玻璃衬底上沉积黑钴的涂层。Kalleder发明一种含碳母体，采用溶胶凝胶法[28]从可水解、可缩聚的化合物中制取涂层材料。有研究表明SS-AIN、W-AIN和Mo-AIN金属陶瓷选择性吸收涂层在350-500度范围内的真空环境下都具有良好的热稳定性。这些高温太阳能选择性吸收管将具有比传统溅射技术、直流溅射Mo金属物组分及RF-溅射Al2O3陶瓷组成生产的吸收管更低的成本[9]。
自20世纪50年代至今，选择性吸收涂层一直是太阳能利用技术领域中一项十分活跃的研究课题。国内外众多学者在选择性吸收涂层的材料研制方面做了不少工作[4，7]。主要有（1）渐变铝-氮/铝选择性吸收涂层[19]（2）阳极氧化电解着色涂层[20]（3）电镀黑铬涂层（4）电镀黑镍涂层[21]（5）电镀黑钴涂层（6）PbS涂层[22]（7）FeMoCuO_x涂层[26]（8）黑漆涂层。
20世纪70年代末，我国的太阳能利用逐渐开展起来[8]。北京市太阳能研究所、清华大学、中国科学院上海硅酸盐所、辽宁省能源研究所等单位和一些太阳能企业开始研究开发选择性吸收涂层，硫化铅/沥青漆涂层、黑铬涂层、黑钴涂层、铝氮氧渐变型选择性吸收涂层先后研制出来。以后，清华大学研制出在氩气中采用溅射工艺制备铝-氮、铝-氮-氧涂层的工艺；上海硅酸盐研究所提出以金属、玻璃及有机材料为衬底的黑铝涂层；张云山提出由吸热材料和粘结剂组成的涂料型涂层；李守祥研制了采用氧、氮共同参与的铝阴极反应的涂层[29]；李先航提出了金属陶瓷型涂层；沈阳台阳太阳能公司研制并应用了表层为铝-氮膜，吸收层为铝-碳膜的涂层；青岛建工学院发明了一种由吸光剂、粘结剂、溶剂和助剂组成的涂层。
多年来北京市太阳能研究所一直致力于研究开发[1]性能好、寿命长、工艺简单、成本低廉的选择性吸收涂层材料，并取得了丰硕的成果。其中包括金属氧化物、硫化物、碳化物、氮化物以及近几年来出现的金属陶瓷等诸多复合材料。制备工艺由简单的涂覆、金属氧化处理、化学转换、电化学沉积发展到真空蒸镀、磁控溅射等近代薄膜物理方法。膜系结构也有了很大的发展，从最基本的干涉滤波型、体吸收型发展到多层渐变型与目前的干涉吸收型，对涂层的机理认识也越来越深入。
1.2.制备机理及应用
太阳是一个炽热的球体，通过其体内的热核反应不断向外辐射能量。太阳表面的温度接近6000Ｋ，太阳辐射的能量主要集中在0.3～2.5μｍ的范围内[30]。根据黑体辐射定律[23]可知：不同温度条件下，黑体辐射有一个波长极大值，太阳辐射的波长峰值集中在0.5μｍ附近，而普通物体的温度一般只有几百开，其向外辐射的能量主要集中在２～50μｍ的波长范围内，二者的光谱线不重合。所以，从理论上讲，可以制备出一种涂层在太阳能辐射波段（0.3～2.5μｍ）具有高的吸收率α，同时在红外波段（2.5～20μｍ）具有低的热发射率εＴ。
由此可见，光谱选择性吸收涂层中吸收率α、热发射率εＴ是衡量涂层优劣的重要指标。材料在同一波长范围内，吸收率的变化会引起热发射率的变化，吸收率增大的同时发射率也增大。太阳光辐射到物体表面时，一部分能量被吸收，一部分能量被反射，剩下的能量通过物体，其吸收率为α，反射率为Ｒ，透射率为τ，三者之间遵从如下关系：α＋Ｒ＋τ＝１。对于不透明的物体，由基尔霍夫定律中吸收率、热发射率的关系可知：τ＝0,α(θ,λ)＝1-Ｒ(θ,λ)，α(T,λ)＝ε(T,λ)，其中θ、λ、Ｔ分别是入射光线的入射角、波长以及测试温度。所以，选择性吸收涂层在太阳光谱范围内的平均吸收率α、红外波段范围内的平均热发射率εＴ可通过下面积分式计算：
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