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文檔簡(jiǎn)介
1、傳統(tǒng)化石能源使用導(dǎo)致的環(huán)境污染、全球變暖等問(wèn)題已是全球環(huán)境工程中重中之重的首要問(wèn)題。窮目前實(shí)際,罄所有可預(yù)見(jiàn)的替代能源中,即環(huán)保又可持續(xù)的太陽(yáng)能已是唯一的選擇。但目前當(dāng)紅的太陽(yáng)能技術(shù)中,光伏電池、燃料敏化電池或因次生污染、能耗低,或因效率低等問(wèn)題均難敷大用。因此更科學(xué)有效的利用太陽(yáng)能并期望其從根本上替代化石能源已是人類(lèi)生存與發(fā)展的不二選擇。本課題太陽(yáng)能吸收轉(zhuǎn)化涂層的研究因此而生,希望通過(guò)光熱轉(zhuǎn)化達(dá)到對(duì)太陽(yáng)能的充分利用,提供人類(lèi)所需的各種
2、形式可直接利用的能量。光熱系統(tǒng)中將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為熱能的吸收涂層是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。吸收涂層在高溫環(huán)境下要求保持高的吸收率和低的熱輻射損耗,一些在低溫環(huán)境下表現(xiàn)良好的涂層在高溫下由于熱穩(wěn)定性差,材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,致使吸收率下降。多孔氧化鋁模板在構(gòu)建復(fù)合納米結(jié)構(gòu)方面具有廣泛的應(yīng)用,由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,納米孔尺寸可控,尤其氧化鋁本身的低介電常數(shù)和對(duì)入射光弱反射性,是構(gòu)建吸收涂層的良好模板。本文在研究多孔氧化鋁膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和制備技術(shù)的基礎(chǔ)上,探索了基
3、于氧化鋁膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的復(fù)合吸收涂層的制備。
首先,考察鋁片的前處理,電解液的種類(lèi),濃度,陽(yáng)極電壓及溫度等因素對(duì)成孔效果的影響,利用兩步陽(yáng)極氧化法,常溫范圍內(nèi)(15℃~25℃),在高純鋁上制備出孔徑40nm~300 nm,厚度從幾百納米到幾十微米的有序多孔氧化鋁。在此基礎(chǔ)上,探索了工業(yè)純鋁上制備有序多孔氧化鋁膜的工藝參數(shù),結(jié)合兩步腐蝕方法,制備出有序性高,孔徑40~100 nm,厚度幾百納米至幾微米的氧化鋁膜。
4、 接著,研究不同孔徑、厚度的氧化鋁膜的光學(xué)特征以及填充了金屬顆粒構(gòu)成的吸收涂層其光學(xué)吸收性,總結(jié)出適合用在構(gòu)建選擇性吸收涂層的薄膜特征。以氧化鋁為模板,通過(guò)交流電沉積,制備出Cu-Al2O3,Ni-Al2O3,Cu-Mo-Al2O3,Ni-MoOx-Al2O3復(fù)合吸收涂層。具有最好的吸收效率的涂層是Cu-Al2O3系列薄膜,吸收比α最高可達(dá)0.972,發(fā)射比ε=0.105。Ni-Al2O3涂層具有最好的熱穩(wěn)定性,其涂層在300℃空氣氣氛
5、中退火100小時(shí)反射曲線基本不變,吸收比α達(dá)0.928,發(fā)射比小于0.1,其吸收效率也達(dá)到目前商業(yè)應(yīng)用的水平。合金氧化鋁涂層在吸收比和熱穩(wěn)定方面的表現(xiàn)不如前兩種涂層。
同時(shí),在多孔氧化鋁模板中利用電化學(xué)方法原位沉積尖晶石CuAl2O4/Cu復(fù)合物納米棒,利用SEM,TEM,XPS,EDS,DRS等檢測(cè)手段分別對(duì)復(fù)合物的形貌,組成,結(jié)構(gòu)作了分析。CuAl2O4/Cu復(fù)合物納米棒的長(zhǎng)度為600~700納米,直徑40~50納米,
6、CuAl2O4晶型為立方尖晶石結(jié)構(gòu),金屬Cu粒子為多晶。由CuAl2O4/Cu/Al2O3構(gòu)成的涂層表現(xiàn)出良好的太陽(yáng)光選擇性吸收,吸收比/發(fā)射比為0.92/0.06(T=100℃),涂層在200℃下由于失去結(jié)合水造成結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,吸收比下降,但此后在300℃下保持不變。由于CuAl2O4/Cu復(fù)合物特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu),對(duì)其在可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)下的催化氧化作用也進(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)表明納米棒陣列在可見(jiàn)光下具有良好的光催化性,3小時(shí)內(nèi)降解目標(biāo)污染物甲基橙6
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