AAO基光谱选择性吸收涂层的制备及性能研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:foonyun_117_126
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本文通过程控电源设定周期性变电压产生阶跃电流进行阳极氧化,能够产生具有高、低孔隙率层周期性变化的分枝管道AAO结构,从而达到孔隙率的突变制备出具有完整光子禁带的AAO光子晶体氧化膜,进而在不同条件下向AAO光子晶体膜孔内以50 Hz的交流频率沉积Cu-Ni纳米复合粒子,制备出具有较高吸收率、较低发射率,且具有耐蚀性和耐高温热稳定性的AAO光谱选择性吸收涂层。探讨了AAO光子晶体层的制备过程,并对光子晶体层的微观形貌,组织结构做了分析研究。研究表明:在课题实验体系探究下制备制得光子带隙的位置分别处于648nm和528nm附近具有结构色特征的AAO光子晶体。探讨了周期性氧化的时间参数对AAO光子晶体禁带位置的移动调制,研究表明:在周期性时间参数t0=1200 s、t1=40 s、t2=36.2 s、t3=24.46 s、t4=61.42 s、t5=128 s,周期性电压参数U1=3.2V、U2=7.0V、U3=5.2V、U4=3.8V;温度2025/℃;氧化周期N=80条件下,得到目标光子禁带位置在4000 nm附近波段。分析了具备光子晶体层的试样在三种交流电压11 V、14V、17V(有效值)沉积过程中涂层表面变化及其对吸收层的影响,研究表明:交流电沉积的负半周局部氧化膜孔中H+放电产生的H2致使局部氧化膜破碎剥落,有少量附着物碎屑的存在;吸收层呈现出“毛皮”状微观表面,得到了复合金属粒子纳米棒结构,但局部电流密度过高,沉积速率偏快,造成纳米棒生长取向发生偏移,部分棒状结构发生倾斜交织、团聚,但目标沉积金属元素分布较为均匀;XRD物相分析可知:在本实验溶液环境体系下过高的电压下很难有一价铜化合物的产生,过低的电压下很难有富裕的OH-产生,14V的电压对AAO膜孔中CuAl2O4的生成起着重要的作用。分析了交流电沉积电压、时间、温度对光谱选择性吸收涂层的综合影响,研究表明:交流沉积电压17V、时间700 s、频率50Hz、温度25℃条件下制备的具有AAO光子晶体层结构的太阳能吸收复合涂层的太阳能吸收率最高为0.95,热发射率最低为0.13,品质因子最高为7.3,表现出了良好的太阳光谱选择性吸收性能;通过空白对比,具有光子晶体结构的复合氧化膜涂层有更低的热发射率,目标AAO光子晶体结构对复合氧化膜的热发射有一定的抑制作用;交流电沉积过程中随点沉积温度的升高,试样涂层表层凸凹程度变大;电化学测试结果显示:金属粒子的沉积使试样具有更低的腐蚀速率,耐蚀性较空白对照试样有所提高,水合封孔对大多试样的耐蚀性有所提高;在14V、时间100 s、频率50Hz、温度25℃条件制备的试样具有较好的高温热稳定性,其沉积层中Cu-Ni纳米颗粒、CuAl2O4与电介质Al2O3构成了三元复合体系,CuAl2O4的存在限制了高温环境下金属颗粒Ni、Cu在界面处的扩散,减小了其被氧化的几率,涂层体系的热稳定性得到提高,最高在600℃温度下,涂层品质因子α/ε波动较小。本课题在17V、时间700 s、交流频率50Hz、温度25℃条件下制备的试样太阳能吸收率最高为0.95,热发射率最低为0.13,品质因子最高为7.3,但其耐蚀性较差,高温热稳定性并不理想;在14V、时间100 s、交流频率50Hz、温度25℃条件制备的试样太阳能吸收率最高为0.84,热发射率最低为0.14,品质因子最高为6,且兼具较好耐蚀性与较好的高温热稳定性。
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