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黑镍黑铬太阳能选择性吸收涂层的制备与研究

作　者: 王涛
导　师: 叶卫平；程旭东
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 太阳能选择性吸收涂层电镀黑镍黑铬
分类号: TQ153.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着能源和环境问题的日益严峻,太阳能热利用技术在工业上的应用成为人们关注的焦点。太阳能热利用中的太阳能选择性吸收涂层制备技术是太阳能热利用的关键技术之一。本文分类总结了中高温选择性吸收涂层的基本类型、作用机理和制备方法的同时,介绍了国内外科研工作者的研究工作和最新成果,并设计研制了黑镍、黑铬两种太阳能选择性吸收涂层,并对其选择性吸收机理进行了探讨。本论文通过分析选择性吸收涂层的基本类型,结合实验室实际制备条件,设计了黑镍、黑铬选择性吸收涂层结构,选择了较为合适的选择性吸收涂层红外反射层(银)。实验过程为采用电镀方法在黄铜基体表面电化学沉积黑镍、黑铬涂层,并分别研究电镀时间、电流密度以及光亮银底层等工艺参数对这两种选择性涂层的吸收率a及发射率ε的影响,最后获得了较为适宜的制备条件。本论文采用SEM、EDS、XRD以及选择性因子(α/ε)等方法对涂层进行表征,对黑镍、黑铬涂层的表面形貌、表面元素组成以及其相结构进行了分析,并通过涂层截面SEM对涂层厚度以及其对于涂层选择吸收性的影响进行了探索,同时本文就黑镍、黑铬涂层的选择性机理进行了论述。本论文的创新点在于：(1)采用预镀银作为红外反射层,其具有优良的导热性、耐腐蚀性,且具有优秀的光谱反射性,镀层与基体结合良好,同时镀银工艺还存在工艺简单且稳定易控制、残留镀液易于清理等优点,是本实验的理想选择；(2)获得了工艺稳定的具有实用价值的黑镍太阳能选择性吸收涂层(a=0.90,ε=0.06,α/ε=15)；(3)论证了黑镍、黑铬涂层的选择性吸收机理(干涉型和表面结构型),并提出改善其选择性的可行性方案。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 引言  9-10
  1.2 太阳能利用  10-14
    1.2.1 太阳能电池  10-11
    1.2.2 太阳能热利用  11-14
  1.3 太阳能集热器  14-15
  1.4 太阳能选择性吸收涂层的基本概念  15-16
  1.5 太阳能选择性吸收涂层的发展历史  16-19
  1.6 论文研究目标及内容  19-20
    1.6.1 研究目标  19
    1.6.2 研究内容  19-20
  1.7 章节安排  20-21
第二章选择性吸收涂层的设计  21-29
  2.1 常见选择性吸收涂层的机理  21-24
    2.1.1 光干涉型吸收涂层  21-22
    2.1.2 本征吸收涂层  22
    2.1.3 表面结构型吸收涂层  22
    2.1.4 金属陶瓷型吸收涂层  22-23
    2.1.5 多层渐变吸收涂层  23-24
  2.2 电镀的基本概念  24-25
  2.3 电镀制选择性吸收涂层  25-26
    2.3.1 黑镍选择性吸收涂层  25
    2.3.2 黑铬选择性吸收涂层  25-26
  2.4 太阳能选择性吸收涂层设计  26-28
    2.4.1 涂层厚度的影响  26
    2.4.2 红外反射底层材料的选择  26-27
    2.4.3 涂层结构设计  27-28
  2.5 采用技术路线  28-29
第三章黑镍选择性吸收涂层的研制  29-44
  3.1 实验设备及材料  29-30
    3.1.1 实验设备  29
    3.1.2 主要原料  29-30
  3.2 黑镍涂层的性能表征  30-31
  3.3 黑镍涂层的制备  31-35
    3.3.1 基片前处理  31-32
    3.3.2 银底层的制备  32-34
    3.3.3 黑镍层的制备  34-35
  3.4 最佳制备条件的探讨  35-38
    3.4.1 电镀时间对涂层性能的影响  35-36
    3.4.2 银底层对涂层性能的影响  36-37
    3.4.3 电镀电流密度对涂层性能的影响  37-38
  3.5 黑镍涂层表面SEM  38-39
  3.6 黑镍涂层表面EDS  39-41
  3.7 黑镍涂层XRD物相  41
  3.8 黑镍截面SEM  41-43
  3.9 本章小结  43-44
第四章黑铬选择性吸收涂层的研究  44-54
  4.1 实验设备及材料  44
    4.1.1 实验设备  44
    4.1.2 主要原料  44
  4.2 黑铬涂层的性能表征  44-45
  4.3 太阳能选择性吸收涂层的制备  45-46
    4.3.1 基片前处理及预镀光亮银底层  45
    4.3.2 黑铬涂层的制备  45-46
  4.4 最佳制备条件的探讨  46-48
    4.4.1 电镀时间对涂层性能的影响  46-47
    4.4.2 银底层对涂层性能的影响  47-48
    4.4.3 电镀电流密度对涂层性能的影响  48
  4.5 黑铬表面SEM  48-50
  4.6 黑铬涂层表面EDS  50-51
  4.7 黑铬涂层XRD物相  51
  4.8 黑铬涂层截面SEM  51-53
  4.9 本章小结  53-54
第五章结论与展望  54-56
  5.1 研究结论  54-55
  5.2 对下一步工作的展望  55-56
参考文献  56-59
硕士期间发表的论文和专利  59-60
致谢  60

黑镍黑铬太阳能选择性吸收涂层的制备与研究

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