纳米晶MeC（MeC=TiC, CrC, WC）-非晶碳（a-C:H)复合光谱选择性吸收涂层的制备及性能研究

The present project is aimed at developing a new long-life solar selective absorber coating with high stability and outstanding weather resistance which can be applied to flat plate collectors. Considering material selection and structure design,we will use multi-element nanotechnology , which is achieved by multiple vapor deposition , to produce the new nanocrystalline(TiC, CrC, WC)/amorphous carbon (a-C:H) solar selective coating based on a-C:H film. We also intend to prepare a-C:H films with excellent physical and chemical properties ,and introduce them to the solar thermal application through our multi-element nanotechnology. In this project we will investigate how the deposition parameters affect the coatings composition and structure, study the role of coating's composition and strucrure that takes in the vary of its corrosion resistance,heat resistance,optical and mechanical properties,and we will describe the inner relationship between deposition conditions and coatings composition and layers thickness, coatings structure and performance especially optical property as well. In addition, we will focuse on optimizing deposition conditions and controlling the coatings composition and structure to prepare nanocrystalline (TiC, CrC, WC)/amorphous carbon (a-C:H) composite spectrum solar selective coatings with excellent comprehensive performance. This project will provide more practical and theoretical basis to the amorphous carbon films adhibition in solar thermal capplicition by establishing the relationship mode of preparation technology-structure-performance of amorphous carbon based solar selective absorber coating.

本课题旨在研制高稳定性、长寿命和优异耐候性，适用于平板集热器的新型光谱选择性吸收涂层。从材料选择和结构设计两方面入手，利用多种气相沉积技术相结合的方法，通过多元纳米复合，将具有优异物理和化学性能的a-C:H薄膜应用于太阳能光热领域，制备基于a-C:H薄膜的纳米晶MeC（MeC=TiC, CrC, WC）/非晶碳(a-C:H)复合光谱选择性吸收涂层。考察沉积条件对涂层成分及结构的影响；研究涂层成分及结构对其光学性能、抗腐蚀性能、耐高温性能和力学性能的影响及影响机理；探讨沉积条件-涂层成分、各单层厚度及结构-涂层性能特别是光学性能间的内在联系。优化沉积条件，实现涂层的成分和结构控制，制备综合性能优异的纳米晶MeC-非晶碳复合光谱选择性吸收涂层，建立非晶碳基光谱选择性吸收涂层的制备工艺-结构-性能的关系模型，为拓宽非晶碳薄膜在太阳能光热领域的应用提供实践经验和理论依据。

详细研究了沉积偏压对a–C:H减反射薄膜结构和性能的影响。随着负偏压的增加，sp2杂化碳键的含量逐渐增加，同时，a–C:H薄膜的反射率也呈线性增加。以a–C:H为基质，制备了具有非晶-纳米晶的三层复合结构的Ti/Ti-DLC/DLC太阳光谱选择性吸收涂层，考察了不同膜层厚度复合涂层的光学性能（吸收率α、发射率ε）。该种涂层具有明显的光谱选择性，涂层中的Ti和C以TiC的结构存在于吸收层中形成纳米弥散强化颗粒，同时表面在纳米尺度具有一定的“坑洼不平”，这有利于光的吸收，制备的复合涂层的吸收率和发射率分别为0.89和0.12。制备了Al/Ti-AlN/AlN复合吸收涂层，涂层具有良好的光学性能，吸收率达0.94，发射率达0.07。在不锈钢基底上制备了织构化的金属Mo层，其吸收率达到0.80，发射率达到0.06。在此基础上，为提高吸收涂层的光谱选择性，在其表面制备了Al2O3减反射层。经优化设计，最终涂层的吸收率达0.90，发射率为0.08。考察了SS/Mo/Al2O3涂层在空气和真空环境下的热稳定性。涂层在空气中350oC和真空600oC下性能稳定，涂层的光学性能未发生较大改变，同时涂层表面形貌及内部结构无明显变化。表明SS/Mo/Al2O3光谱选择性吸收涂层在空气和真空下都具有优异的热稳定性。通过精确控制工艺参数制备出一系列不同颜色的Al–AlN吸收涂层，涂层的颜色范围变化非常大，外观颜色为深蓝色、紫色、红色、橙色和黄色等。更重要的是这一系列不同颜色的Al–AlN涂层都具有很优异的热稳定性、耐腐蚀性能及光学性能，涂层的吸收率都在0.90以上，而发射率都在0.10以下。该工作很好的满足了太阳能集热器与建筑一体化的发展需求，具有重要的应用前景。在此基础上，项目负责人参与了国内首套“金属带材卷对卷连续真空镀太阳能选择性吸收膜”装备的研发，综合性能已达到德国同类产品性能。已完成项目的研究内容，发表学术论文9篇，其中SCI论文8篇，中文核心论文1篇。