[00317700]尖晶石型陶瓷颜料及尖晶石型陶瓷太阳能光谱选择性吸收涂层的制备技术

成果介绍:

当今能源危机日益加重，全球环境问题频频发生，人类逐渐将可再生能源的开发、利用作为解决上述问题的主要手段。太阳能是一种典型的清洁、无污染、辐射功率巨大、取之不尽、用之不竭的可再生能源。目前，太阳能利用技术主要包括：光热转换利用、光电转化利用、光化学利用。其中，太阳能光热转化技术是太阳能利用技术中商业化程度最高，技术手段最成熟、推广应用最普遍的技术。而光谱选择性吸收涂层是太阳能光热转化技术的核心，其性能的好坏和制备成本的高低直接影响太阳能光热转化技术的应用推广。理想的太阳能光谱选择性吸收涂层是在紫外/可见/近红外光谱范围内（0.3-2.5μm）表现出较高的太阳能吸收值a，在红外光谱范围内（2.5-25μm）具有较低的热发射值εT，从而使其获得较高的光谱选择吸收性。同时，光谱选择性吸收涂层需要具备优异的热稳定性、物理化学稳定性及耐候性，并且能够在复杂的使用环境中维持良好的光学性能，达到预期的使用寿命。然而，传统单一的材料无法满足上述理想涂层的光谱选择吸收性、热稳定性及耐候性要求。为此，需要结合相应的涂层制备技术，将传统的单一材料进行复合或者对涂层进行改性，制备各项性能指标较好的光谱选择性吸收涂层。目前，光谱选择性吸收涂层的制备方法包括：电化学法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、涂料涂覆法、溶胶-凝胶浸涂法。其中，涂料涂覆法和溶胶-凝胶浸涂法操作工艺简单、环境友好、投资成本低，容易实现涂层的连续化大规模制备。因此，本项目在综合考虑涂层材料的整体性能及涂层制备技术的经济成本、连续规模化生产基础上，利用涂料涂覆法和溶胶-凝胶浸涂法制备尖晶石型陶瓷太阳能光谱选择性吸收涂层。

采用溶胶-凝胶自燃烧法在低温条件下（400-500°C）制备出吸光性能好、物理化学性能稳定、热稳定性好、耐湿度性强的一系列黑色尖晶石型化合物（Cu1.5Mn1.5O4，CuMn2O4，CoCuMnOx，CuCr2O4，CuCrxMn2-xO4(x=0.5,1）等），并将制备的黑色尖晶石型陶瓷颜料与粘结剂混合制备出尖晶石型陶瓷太阳能吸光涂料，利用喷涂法将尖晶石型太阳能吸光涂料喷涂到高红外反射的金属基底上制备出黑色尖晶石型陶瓷太阳能光谱选择性吸收涂层。鉴于具有较高光谱选择吸收性的尖晶石型陶瓷涂层的颜色为黑色，色彩单一，不美观，缺乏装饰性，所以，为了弥补尖晶石型太阳能光谱选择性吸收涂层与太阳能户外建筑物在色彩上的协调一致、提高涂层应用的美观性、采用溶胶-凝胶自燃烧法合成了一系列彩色尖晶石型化合物（CoAl2O4，CoCr2O4，CoFe2O4，CoMn2O4等），并将其用于制备蓝色、绿色、棕褐色、墨绿色等尖晶石型陶瓷太阳能光谱选择性吸收涂层。另外，以丰富、廉价、安全、无毒的水为溶剂（或乙醇溶剂），采用水溶液（或乙醇溶液）一次浸涂-提拉法将尖晶石化合物沉积到金属基底上制备出一系列单层尖晶石型陶瓷太阳能光谱选择性吸收薄膜。上述涂层（薄膜）制备技术投入成本低廉、原料利用率高、环境友好、操作工艺简单，容易实现连续规模化生产。实验室拥有自主研发的多项专利技术，该项目已完成实验室中试，部分技术及相关产品已被企业采纳、应用。

该项目技术侧重于批量化生产一系列尖晶石型粉体颜料，同时将生产制备的尖晶石型粉体颜料与粘结剂复配，制备出油性及水性涂料。考虑到尖晶石型涂料的特殊应用，将其用于制备吸光性能强、耐腐蚀、热稳定性好、附着性能好的黑色及彩色太阳能吸光涂层。

技术指标：

尖晶石型粉体颜料产品的技术指标：纯度＞98wt%；粒径尺寸分布均匀。尖晶石型涂料涂层产品的技术指标：太阳能吸收值（α）≥0.90；热发射值（εT）≤0.20；涂层厚度：3~5μm；附着力为1级；耐盐雾腐蚀性强、耐候性好、中低温（T≤400°C）区热稳定性好，预计使用寿命为25年。尖晶石型陶瓷太阳能吸收薄膜产品的技术指标：太阳能吸收值（α）≥0.90；热发射值（εT）≤0.08；涂层厚度：200~600 nm；附着力为1级；耐盐雾腐蚀性强、耐候性好、抗氧化性强、中低温（T≤400°C）区热稳定性好，预计使用寿命为25年。

应用领域：

能源环境、粉体颜料、功能涂料、太阳能光热利用。该项目可以为粉体颜料加工企业、涂料生产及应用企业、特殊薄膜制备企业、太阳能光热转化利用企业 提供相应的技术应用支撑。

成熟程度：

小批量生产。