【摘 要】
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太阳能选择性吸收涂层可以提高材料的太阳能选择吸收性能,实现对太阳能的高效利用。为同时提高太阳能选择性吸收涂层的选择吸收性能和耐高温性能,推广太阳能选择性吸收涂层的应用,本课题从结构设计入手,通过制备红外反射层和隔离层（Barrier Layer,BL）,得到性能良好的太阳能选择性吸收涂层。通过对涂层选择吸收机理研究,得到一般规律,为太阳能选择性吸收涂层的优化设计提供借鉴。本课题根据实验室前期研究的
【基金项目】
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国家自然青年科学基金项目（No:51402208）； 山西省应用基础研究项目,AlCrNO基太阳能选择性吸收涂层红外反射层的研究,201801D221126,山西省科学技术厅,2018-2020； 国家重点实验室武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室开放项目（No:2016-KF-11）；
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太阳能选择性吸收涂层可以提高材料的太阳能选择吸收性能,实现对太阳能的高效利用。为同时提高太阳能选择性吸收涂层的选择吸收性能和耐高温性能,推广太阳能选择性吸收涂层的应用,本课题从结构设计入手,通过制备红外反射层和隔离层（Barrier Layer,BL）,得到性能良好的太阳能选择性吸收涂层。通过对涂层选择吸收机理研究,得到一般规律,为太阳能选择性吸收涂层的优化设计提供借鉴。本课题根据实验室前期研究的结果,以多弧离子镀为制备工艺,选择AlCrN/AlCrNO/AlCrO涂层作为吸收涂层。为降低发射比,在吸收涂层与基体间制备金属Cu层作为红外反射层。为了满足太阳能选择性吸收涂层在非真空高温环境中的使用需求,防止Cu扩散导致涂层失效,本实验分别采用CrN层、AlCrFeMnVN层和TiMnWCrVN层作为红外反射层和吸收层之间的隔离层。涂层的整体结构为Cu/BL/AlCrN/AlCrNO/AlCrO。研究了涂层的选择吸收性能和大气环境下600°C高温氧化性能。研究结果表明,3种加入隔离层的Cu/CrN/AlCrN/AlCrNO/AlCrO涂层、Cu/AlCrFeMnVN/AlCrN/AlCrNO/AlCrO涂层和Cu/TiMnWCrVN/AlCrN/AlCrNO/AlCrO涂层的光学性能（α/ε）分别为0.876/0.125、0.861/0.196和0.857/0.151。在600°C×100 h的高温氧化实验后,3组涂层的PC（Performance Criterion）值都小于0.05,涂层没有失效,展现出优异的太阳能选择吸收性能和非真空抗高温氧化性能。而对照组Cu/AlCrN/AlCrNO/AlCrO涂层的吸收比为0.827,发射比为0.103,在600°C×100 h的高温氧化实验后,其吸收比降低到0.759,发射比增加到0.138,PC值为0.077,涂层失效。使用扫描电镜、能谱仪、掠入射X射线衍射仪分别对涂层的微观形貌、组成成分、物相结构进行分析。Cu/CrN/AlCrN/AlCrNO/AlCrO涂层表面致密,没有出现明显的孔洞、裂纹等缺陷,涂层间没有明显的分界线,涂层结合良好。涂层表面为金属氮化物和氧化物,表面分布大量金属颗粒。高温氧化后,涂层表面没有明显变化,金属颗粒尺寸增大,导致涂层的表面粗糙度增大,涂层表面出现“光学陷阱”,加强了光的反射,使得吸收比增大。Cu/AlCrN/AlCrNO/AlCrO涂层没有隔离层,Cu在高温下直接扩散到吸收层中,与空气中的O2反应,生成Cu O,破坏了涂层结构,导致涂层失效。实验结果表明,合理设计红外反射层和隔离层,可以综合提高涂层的选择吸收性能和高温氧化性能,为太阳能选择性吸收涂层的优化提供了借鉴。
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