可瓷化光热转换有机硅复合涂层的制备及其性能研究

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随着全球人口的膨胀,能源危机的加重,高效的利用清洁的太阳能资源催生了工业的发展与进步。其中光热转换技术被广泛的应用于太阳能集热器上,那么如何尽可能的使集热器对太阳能辐射高效吸收且发生低的辐射成为了一项关键技术。当下,由于太阳能光谱选择性涂层具备一些优异的功能,从而使得提高太阳能的吸收与利用成为一项具有前景的技术。目前,这一前沿领域吸引了世界上大多数的科研工作者,他们以研究一种操作简单、原料便宜、可对太阳能高效吸收的性能优异且在中高温使用稳定的光谱选择性涂层为目标。本文以耐热有机硅树脂为研究对象,从有机硅树脂可陶瓷化性能、复合有机硅树脂陶瓷化涂层性能两方面来研究,对树脂陶瓷化产物以及复合树脂陶瓷化涂层的形貌、相组成、热行为、光学性能、红外发射率特性进行了系统研究。具体研究内容如下:  (1)以T600玻璃粉、T112玻璃粉、碳酸钙(CaCO3)、云母、钛粉(Ti)等复合苯基乙烯基硅树脂(MVTO)、聚二甲基硅氧烷(PDMS),进行树脂陶瓷化体系的选择。研究发现,对于T600玻璃粉复合MVTO树脂体系,在相同T600投料比的情况下,相同的热处理温度与时间的条件下,其陶瓷化产物的品质优于T600玻璃粉复合PDMS树脂,CaCO3和云母复合MVTO或者PDMS树脂均不能形成良好的陶瓷化产物。采用热解MVTO树脂作为碳源与金属Ti粉反应,为了进一步对所生成的陶瓷产物进行研究与分析,本实验主要使用X射线衍射仪(XRD)、热重-差热分析仪(TG-DSC)以及扫描电镜(SEM)等测试手法对所生成的陶瓷化产物的相组成、所形成的陶瓷产物的形貌、结构以及反应物前驱体的热行为进行了有关的表征,并用绝热法(RIR)计算了相组成。XRD分析得出,温度对TiC的产生、含量至关重要,并利用经过1000℃热处理后的陶瓷化产物进行了吸附性能测试,分析结果表明该陶瓷化产物对罗丹明B(RhB)具有较好的吸附能力,在30 min后,qt(max)为9.79(mg/g),其对应的吸附效率为97.9%。  (2)以掺锑二氧化锡(ATO)、漂浮铝粉为功能物质,选择上述陶瓷化性能优良的T600玻璃粉复合MVTO体系为耐热树脂基体材料,制备了具有低反射率以及发射率可调的中高温选择性吸收涂层。通过紫外-可见-近红外分光光度计(UVPC)和红外发射率两种测试手段对涂层的光学性能进行研究。对于单一的考虑ATO掺量的影响,涂层的镜面反射率以及漫反射率随着ATO掺量的增加而降低,并且在ATO掺量为30%时,经过500℃热处理后,在200-2500 nm波段内,涂层的整体镜面反射率在0.5%以下,此外,在经过700℃热处理后,在200-2500 nm波段内,其涂层的整体漫反射率在15%以下。对于单一的考虑Al粉掺量的影响,当涂层间厚度差在2-3μm之间时,Al粉含量的增加对涂层整体的漫反射率影响不大,然而当涂层间厚度差在5-6μm以上时,对漫反射率有较明显的影响。此外,随着漂浮铝粉含量的增大,经过500℃热处理后的涂层,其在近红外波段(800-2500 nm)漫反射率呈现增大趋势。在红外发射率性能方面,经过700℃条件热处理后,Al粉含量在20%-50%时,涂层样品的发射率基本维持在0.70左右,经过600℃热处理后,Al粉含量对涂层样品的发射率影响较为明显,在Al粉含量为40%时,涂层有最低发射率为0.49。经过500℃热处理后,Al粉含量对涂层发射率的影响最为显著,整体呈现先下降后升高的趋势,并且在Al粉含量为30%时,涂层发射率达到最低值为0.31。Al/CNTs/玻璃粉/MVTO经过500℃后的复合涂层的温升性能明显优于Al/玻璃粉/MVTO经过500℃后的复合涂层,在光功率密度为9 W·cm2照射条件下,在光照升温的过程中,其最大温差为51℃,平衡温差为49℃。
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