應(yīng)用于熱光伏發(fā)電裝置的波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層及制備方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種應(yīng)用于熱光伏發(fā)電裝置的波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層及其制備方法，首先將氧化鉺和氧化鋁粉末均勻混合后得到混合粉末，將磨球、球磨液、混合粉末和分散劑加入球磨罐中球磨，得到分散均勻的漿料；過(guò)濾漿料中的磨球，并烘干漿料中的球磨液得到干燥粉末；將干燥粉末置于高溫氣氛爐中，升溫使干燥粉末中的氧化鉺和氧化鋁粉末燒結(jié)至復(fù)合粉末，將該復(fù)合粉末加入磨球、粘結(jié)劑以及稀釋劑在球磨罐中球磨，將球磨均勻后的混合漿料進(jìn)行干燥，即可使用模具在基底材料上涂層；待涂層后的基底材料干燥后，再高溫?zé)Y(jié)成型得到波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層。本發(fā)明專利技術(shù)提高了涂層機(jī)械性能以及表面強(qiáng)度和涂層輻射體的熱穩(wěn)定性，克服了涂層與陶瓷基底難以粘結(jié)的缺陷。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
應(yīng)用于熱光伏發(fā)電裝置的波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層及制備方法
本專利技術(shù)屬于選擇性輻射體涂層制備技術(shù)，特別是一種應(yīng)用于熱光伏發(fā)電裝置的波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層制備方法。
技術(shù)介紹
熱光伏發(fā)電裝置是將各種諸如燃料的燃燒熱、廢熱、太陽(yáng)能、放射性同位素?zé)嵩吹犬a(chǎn)生的熱量，通過(guò)熱輻射器轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外波段的輻射能，該輻射能投射到熱光伏電池上轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。熱光伏發(fā)電裝置具有燃料適應(yīng)性強(qiáng)、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、易于維護(hù)、高功率密度、無(wú)噪聲運(yùn)行與低輻射等優(yōu)點(diǎn)，其問(wèn)題主要在于其熱電轉(zhuǎn)換效率較低，其中關(guān)鍵問(wèn)題是，如何將熱輻射器輻射能量的波長(zhǎng)控制在光伏電池高轉(zhuǎn)換效率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍，減少輻射熱量散失。其中熱輻射器作為熱光伏裝置中主要的組成部分，是將熱源發(fā)出的能量轉(zhuǎn)換成熱輻射能，并提供給半導(dǎo)體轉(zhuǎn)化器的裝置。熱輻射發(fā)射器主要分為寬帶輻射器(又稱黑體輻射器)和選擇性輻射器。選擇性輻射器在高溫加熱下的輻射光譜非常窄，其輻射率隨波長(zhǎng)具有可調(diào)性，可結(jié)合較大禁帶寬度的光電轉(zhuǎn)化器使用。輻射器光譜輻射特性取決于發(fā)射體表面材料的種類(lèi)及其厚度，它在很大程度上決定熱光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，提高能用來(lái)發(fā)電的那部分輻射能量占總輻射能量的比例的方法之一是采用選擇性輻射體。作為一種選擇性輻射體，稀土金屬氧化物輻射器在窄波段范圍內(nèi)具有高發(fā)射率，呈現(xiàn)出光譜的選擇性發(fā)射的特性。比如Yb2O3輻射光譜特征與Si電池的匹配非常好，因?yàn)閅b2O3在1μm具有高發(fā)射率；而Er2O3則對(duì)應(yīng)GaSb電池，Narihito等研究了Er2O3和Al2O3混合物在高溫下的輻射特性[Y.Waku,N.Nakagawa.SapphirematrixcompositesreinforcedwithsinglecrystalYAGphases.Journalofmaterialsscience.1996,31:4663-4670.][Y.Waku,N.Nakagawa,T.Wakamoto,etal.High-temperaturestrengthandthermalstabilityofaunidirectionallysolidifiedAl2O3/YAGeutecticcomposite.JournalofMaterialsScience.1998,33:1217-1225.][N.O.Nakagawa,H.Waku.ThermalemissionpropertiesofAl2O3/Er2Al5O10eutecticceramics.JournaloftheEuropeanCeramicSociety.2005,25:1285-1291.]，在1.5～1.8μm波長(zhǎng)范圍具有和GaSb匹配的輻射特性。雖然稀土金屬氧化物具有很好的窄波段高輻射的特性，但其機(jī)械強(qiáng)度較差，高溫條件下熱穩(wěn)定性有待提高，因而給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了一定的難度。最近，F(xiàn)ergusonLG等開(kāi)發(fā)了一種新型的以氧化鎂為基礎(chǔ)材料，其中添加了鈷或者鎳的新型選擇性輻射器，它具有良好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，和GaSb電池相匹配的理想光譜輻射特性。[L.G.Ferguson,F.Dogan.AhighlyefficientNiO-DopedMgOmatchedemitterforthermophotovoltaicenergyconversion.MaterialsScienceandEngineering.2001:35-41.]直到目前為止，研究者雖然在熱輻射器的光譜控制上做了一些嘗試，但并未研制出在輻射性能以及機(jī)械性能等方面均表現(xiàn)良好的涂層輻射體，其主要問(wèn)題有：(1)涂層在制備過(guò)程中由于材料以及工序等原因易導(dǎo)致涂層內(nèi)組分不均勻、涂層表面易碎裂、厚涂層與基底結(jié)合差等問(wèn)題。(2)由于輻射體可應(yīng)用于航天飛行器熱光伏系統(tǒng)中，涂層輻射體工作環(huán)境溫度長(zhǎng)期處于1000℃以上，故其熱穩(wěn)定性相對(duì)于普通熱光伏輻射器更難以保證。(3)涂層輻射體可應(yīng)用于航天領(lǐng)域的熱光伏系統(tǒng)中，并為其提供穩(wěn)定電源以及提高系統(tǒng)熱電轉(zhuǎn)化效率，故其在光伏電池轉(zhuǎn)化波段，發(fā)射率應(yīng)盡量增加，反之轉(zhuǎn)化波段之外的發(fā)射率應(yīng)盡量降低，基于以上實(shí)際應(yīng)用條件，現(xiàn)今研究的涂層輻射體在光譜的控制方面相對(duì)比較困難，穩(wěn)定性很難得到保證。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種應(yīng)用于熱光伏發(fā)電裝置的波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層及其制備方法，提高了涂層機(jī)械性能以及表面強(qiáng)度和涂層輻射體的熱穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了高溫下輻射體涂層化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并在1.4-1.6μm波段具有較高發(fā)射率，提高了熱光伏系統(tǒng)整體光電轉(zhuǎn)換效率。實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)目的的技術(shù)解決方案為：一種應(yīng)用于熱光伏發(fā)電裝置的波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層及其制備方法，其制備步驟如下：1.1將氧化鉺和氧化鋁粉末均勻混合后得到混合粉末，將磨球、球磨液、混合粉末和分散劑加入球磨罐中球磨，得到分散均勻的漿料；1.2過(guò)濾漿料中的磨球，并烘干漿料中的球磨液得到干燥粉末；1.3將干燥粉末置于高溫氣氛爐中，升溫使干燥粉末中的氧化鉺和氧化鋁粉末燒結(jié)至復(fù)合粉末，保溫后自然冷卻取出研磨，將研磨后的復(fù)合粉末加入磨球、粘結(jié)劑以及稀釋劑在球磨罐中球磨，將球磨均勻后的混合漿料進(jìn)行干燥，此時(shí)由于混合漿料粘度增加，即可使用模具在基底材料上涂層；1.4待涂層后的基底材料干燥后，再高溫?zé)Y(jié)成型得到波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：(1)本專利技術(shù)制備得到的波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層，提高了涂層機(jī)械性能以及表面強(qiáng)度和涂層輻射體的熱穩(wěn)定性，可適用于熱光伏系統(tǒng)的熱管理與熱電轉(zhuǎn)化，特別適用于太空飛行器的電力系統(tǒng)，為太空飛行器提供穩(wěn)定的電力。(2)本專利技術(shù)波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層中摻雜稀土鉺元素，其高溫下輻射特性具備選擇性，光譜能量集中于1.4-1.6μm，波峰發(fā)射率波長(zhǎng)為1.55μm，具有較高發(fā)射率，該波長(zhǎng)輻射能量特別匹配GaSb電池禁帶，使GaSb電池可轉(zhuǎn)化更多熱能為電能，該輻射體特別適用于基于GaSb光伏電池的熱光伏光電轉(zhuǎn)換，可提升整個(gè)系統(tǒng)效率。(3)本專利技術(shù)解決了涂層材料在制備過(guò)程中漿料不均勻以及涂層與基底之間不易粘結(jié)的難題，克服了涂層與陶瓷基底難以粘結(jié)的缺陷，解決了涂層燒結(jié)過(guò)程中表面易碎裂的不足，克服了陶瓷涂層脆性導(dǎo)致成品率低的問(wèn)題。(4)本專利技術(shù)制作工藝簡(jiǎn)單，涂層均勻并且表面無(wú)碎裂，涂層厚度易于控制，易于規(guī)模化生產(chǎn)，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層的制備方法流程圖。圖2、3是本專利技術(shù)波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層制備時(shí)所用涂層模具模型圖及實(shí)物圖。圖4是本專利技術(shù)波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層X(jué)射線衍射圖。圖5是本專利技術(shù)波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層的掃描電鏡圖。圖6是本專利技術(shù)波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層的能譜圖。具體實(shí)施方式結(jié)合圖1，本專利技術(shù)應(yīng)用于熱光伏發(fā)電裝置的波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層由以下步驟制備而得，步驟如下：1.1將氧化鉺和氧化鋁粉末均勻混合后得到混合粉末，將磨球、球磨液、混合粉末和分散劑加入球磨罐中球磨，得到分散均勻的漿料；1.2過(guò)濾漿料中的磨球，并烘干漿料中的球磨液得到干燥粉末；1.3將干燥粉末置于高溫氣氛爐中，升溫使干燥粉末中的氧化鉺和氧化鋁粉末燒結(jié)至復(fù)合粉末(Al2O3/Er3Al5O12共晶粉末，燒結(jié)過(guò)程中分散劑揮發(fā))，保溫后自然冷卻取出研磨，將研磨后的復(fù)合粉末(Al2O3/Er3Al5O12共晶粉末)加入磨本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種應(yīng)用于熱光伏發(fā)電裝置的波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層，其特征在于由以下步驟制備而得：1.1將氧化鉺和氧化鋁粉末均勻混合后得到混合粉末，將磨球、球磨液、混合粉末和分散劑加入球磨罐中球磨，得到分散均勻的漿料；1.2過(guò)濾漿料中的磨球，并烘干漿料中的球磨液得到干燥粉末；1.3將干燥粉末置于高溫氣氛爐中，升溫使干燥粉末中的氧化鉺和氧化鋁粉末燒結(jié)至復(fù)合粉末，保溫后自然冷卻取出研磨，將研磨后的復(fù)合粉末加入磨球、粘結(jié)劑以及稀釋劑在球磨罐中球磨，將球磨均勻后的混合漿料進(jìn)行干燥，此時(shí)由于混合漿料粘度增加，即可使用模具在基底材料上涂層；1.4待涂層后的基底材料干燥后，再高溫?zé)Y(jié)成型得到波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種應(yīng)用于熱光伏發(fā)電裝置的波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層制備方法，其特征在于步驟如下：1.1將氧化鉺和氧化鋁粉末均勻混合后得到混合粉末，將磨球、球磨液、混合粉末和分散劑加入球磨罐中球磨，得到分散均勻的漿料；1.2過(guò)濾漿料中的磨球，并烘干漿料中的球磨液得到干燥粉末；1.3將干燥粉末置于高溫氣氛爐中，升溫使干燥粉末中的氧化鉺和氧化鋁粉末燒結(jié)至復(fù)合粉末，保溫后自然冷卻取出研磨，將該復(fù)合粉末加入磨球、粘結(jié)劑以及稀釋劑在球磨罐中球磨，將球磨均勻后的混合漿料進(jìn)行干燥，此時(shí)由于混合漿料粘度增加，即可使用模具在基底材料上涂層；其中，粘結(jié)劑為聚乙烯醇或者聚乙烯醇縮丁醛，粘結(jié)劑質(zhì)量濃度為5％，粘結(jié)劑的加入量為復(fù)合粉末質(zhì)量的40-50％；1.4待涂層后的基底材料干燥后，再高溫?zé)Y(jié)成型得到波長(zhǎng)選擇性輻射體涂層；在步驟1.1中，氧化鉺和氧化鋁粉末均為納米級(jí)，其中氧化鉺質(zhì)量在混合粉末總質(zhì)量中占百分比為10％-65％；步驟1.3中，模具由配合使用的底部圓柱頭螺釘和螺母構(gòu)成，首先將基底材料置于螺母的螺孔中，轉(zhuǎn)動(dòng)底部圓柱頭螺釘調(diào)節(jié)頂部螺母深度，以此控制涂層厚度，將混合漿料注滿已經(jīng)裝有基底材料的螺母螺孔中，用玻璃攪拌棒將其表面刮平，旋轉(zhuǎn)圓柱頭螺釘取出基底材料，放入托盤(pán)置于干...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：譚洪，劉霆，韓玉閣，宣益民，陳雪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京理工大學(xué)，上海空間電源研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32