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SS-O太阳光谱选择性吸收表面的研究

作　者: 吴克
导　师: 张鹏
学　校: 北京交通大学
专　业: 材料学
关键词: 选择性吸收表面平板集热器吸收比发射率光学常数
分类号: TK513
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

目前国内平板太阳能集热器选择性吸收膜系主要依靠进口,因此制备出一种工艺简单、成本低廉、性能优良稳定的选择性吸收表面有极其重要的意义。本文采用直流反应磁控溅射的制备方法,选择铜(Cu)为基材,不锈钢(SS)为主要靶材,氧气(O2)为反应气体,制备SS-O太阳光谱选择性吸收表面,应用于平板集热器。主要的研究内容及成果如下：1、建立选择性吸收表面模型,设计结构,确定表面所采用的类型。优化分析,确定表面层数、填充因子的种类以及初定溅射参数范围。2、采用控制单一变量的方法,在初定的溅射参数范围内进行大量对比实验,得出溅射参数与样本光学性能之间的关系。将最先进的德国TINOX样本作为参照,利用分光光度计、盐雾机、烘箱等实验设备,对样本的光学性能、抗腐蚀性能、热稳定性能及湿热稳定性能等指标进行测定。选择几组典型样本对比分析,得出综合性能优良稳定的样本,并得出制备该种选择性吸收表面的工艺参数,以及利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对该样本的两吸收层和断面的微观结构进行分析。3、将四层结构样本的每层分别制成单层薄膜样本,利用单层薄膜样本的反射率、透射率以及厚度等初始参数,采用Hadley方程分光光度计方法,对单层薄膜的光学常数n(λ)、k(λ)进行初步计算,总结光学常数与填充因子之间的关系,为今后多膜层叠加表面的模拟计算及优化设计做准备。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
目录  8-11
1 绪论  11-21
  1.1 研究背景  11-13
  1.2 选择性吸收表面的发展历史  13-14
  1.3 太阳能选择性吸收表面的发展现状  14-15
  1.4 太阳能选择性吸收表面的作用原理  15-17
    1.4.1 太阳光谱选择性吸收表面的含义  15-16
    1.4.2 选择性吸收表面的原理  16-17
  1.5 选择性吸收表面的基本类型  17-18
    1.5.1 本征吸收型  17
    1.5.2 电介质-金属干涉叠加型  17-18
    1.5.3 表面微不平型  18
    1.5.4 电介质-金属复合型  18
  1.6 选择性吸收表面的常见制备方法  18-20
  1.7 研究目标及内容  20-21
2 多层渐变选择性吸收表面设计  21-35
  2.1 模型的建立  21
  2.2 靶材的选择  21-22
  2.3 膜系的设计  22-26
    2.3.1 复合膜系的结构  22-23
    2.3.2 膜系层数的优化设计  23-25
    2.3.3 膜系填充因子的优化  25-26
  2.4 直流磁控反应溅射原理  26-27
  2.5 反应溅射参数的确定  27-29
    2.5.1 填充因子的选择  27-29
    2.5.2 靶面与基片的距离  29
    2.5.3 溅射功率  29
  2.6 实验应用的设备及相关原理  29-35
    2.6.1 磁控溅射镀膜设备  30-32
    2.6.2 分光光度计  32
    2.6.3 红外光谱分析仪  32
    2.6.4 烘箱  32
    2.6.5 盐雾机  32
    2.6.6 台阶仪  32-33
    2.6.7 X-射线衍射仪  33
    2.6.8 扫描电镜  33-35
3 SS-O选择性吸收表面的实验研制与性能测试  35-53
  3.1 基片的处理  35-36
  3.2 试样的制备  36-37
  3.3 光学性质的测定与对比  37-40
    3.3.1 光学性质的测定  37-38
    3.3.2 与德国样片的对比  38-40
  3.4 抗腐蚀性能的对比  40-41
    3.4.1 抗腐蚀试验方法  40-41
    3.4.2 抗腐蚀实验结论  41
  3.5 热稳定性能的对比  41-47
    3.5.1 热稳定性试验方法  41-46
    3.5.2 热稳定性试验结论  46-47
  3.6 湿热稳定性的对比  47-48
  3.7 表征测试  48-50
    3.7.1 XRD衍射实验  49
    3.7.2 SEM电镜实验  49-50
  3.8 本章小结  50-53
4 单层太阳能光谱薄膜光学常数的计算和数据处理  53-69
  4.1 光学常数测定的理论依据  53-54
  4.2 用hadley方程反演计算确定n(λ)和k(λ)  54-56
    4.2.1 测量值的修正  54-55
    4.2.2 薄膜光学常数的计算  55-56
  4.3 光学常数的计算及结果  56-68
    4.3.1 单层膜的制备条件  57-59
    4.3.2 单层薄膜的透射率与反射率曲线  59-62
    4.3.3 单层薄膜的n,k理论计算曲线  62-68
  4.4 本章小结  68-69
5 结论  69-71
参考文献  71-75
附录A  75-79
作者简历  79-83
学位论文数据集  83

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