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太阳光谱选择性吸收薄膜是中高温太阳能集热器的核心部件,目前世界许多国家都在积极研究工艺简单、成本低廉、性能优良、稳定的中高温太阳光谱选择性吸收薄膜。本论文根据渐变金属陶瓷型太阳能光谱选择性吸收表面和磁控溅射技术的原理,在国内外研究发展的基础上,针对目前国内平板型太阳能集热器的现状和太阳能热水器建筑一体化的发展趋势,开展了磁控溅射制备太阳光谱选择性吸收薄膜的研究。
本文以直流反应磁控溅射方法作为制备手段,选择Ti为靶材,以N<,2>、O<,2>为反应气体,制备折射率渐变的Ti/O/N多层光谱选择性吸收薄膜,使之具有较好的光谱选择吸收特性和装饰效果,可应用于平板型太阳能集热器的吸热表面,并直接作为光热转换建筑材料。通过对膜层结构、各层膜厚、工作电流、靶基距等工艺条件的调整,成功开发了Ti-TiO<,x>(3)/Cu、Ti-TiN<,x>-TiO<,x>/Cu、Ti-TiN<,x>-TiN<,x>O<,y>(2)/Cu三种膜系。三种膜系光谱选择吸收特性良好,均具有很高的应用价值。从吸收率、发射率、热稳定性、膜厚、沉积时间、成膜速率、颜色等方面综合比较了三种膜系,发现Ti-TiO<,x>(3)/Cu膜系性能最优。吸收率α=88.4l%,发射率ε=0.05,α/ε=17.68,热稳定性良好、膜厚12lnm、颜色为蓝紫色。
用俄歇能谱仪对Ti-TiO<,x>(3)/Cu膜系做了深度成分分析。发现薄膜各层界面清楚、膜和基体结合良好。借助扫描电镜观察了Ti-TiO<,x>(3)/Cu膜系的表面形貌和横断面。发现薄膜颗粒细小,在铜基板上分布均匀。
本文最后提出了要将这种光谱选择性吸收薄膜推向实用化,在实验室及产业化研究方面需进一步开展的工作。