● 摘要
近年来，由于化石燃料几近枯竭导致能源危机，温室气体的大量排放和气候变化等原因，全球生态环境急剧恶化，可再生绿色能源技术的发展日益成为全球重要的战略布局。在各种可再生绿色能源中，太阳能是最环保，安全且用之不尽的能源之一。而利用太阳能最简单最直接的方法就是将太阳能直接转换成热能。聚焦太阳能热发电（CSP）系统是利用太阳能集热器将太阳能转换成热能再发电，集热器上涂覆有特殊功能的涂层材料担当光热转换的关键作用。太阳能集热器应用中的四类特殊涂层材料，它们分别是光谱选择性吸收涂层、光谱选择性透过涂层、减反射涂层和低红外发射率涂层。热稳定性是制约太阳能光谱选择性吸收涂层应用的关键。在本文中，我们提出了Ti-Nb合金和Ti-Zr合金氮氧化物作为光谱选择性吸收涂层材料的新想法，设计开发了热稳定性良好的新型太阳光谱选择性吸收涂层体系，为槽式聚焦热发电解决关键材料问题奠定了坚实的实验基础。本文采用磁控溅射方法制备了Cu / TiNbON(M) / TiNbON(D) / SiON和SS / Mo / TiZrON(M) / TiZrON(D) / SiON光谱选择性吸收涂层。两个涂层均具有优良的光谱选择性和高温稳定性，吸收率和发射率分别为0.95/0.07和0.95/0.08，在500℃真空条件下热稳定性较好。并对其中各单层的厚度进行了优化，以实现高的太阳能光谱选择性。采用多种分析手段研究了涂层的的表面形貌、晶体结构及组成成分等。探讨了高温下影响热稳定性的主要原因是扩散和氧化，特别是基底向吸收层的扩散。由于TiNbON和TiZrON这种过渡金属合金的氮氧化物本身具有较高的抗氧化、抗扩散性能，它们作为吸收层材料，在保证光学性能的同时，使涂层达到较好的热稳定性。另一方面，本文制备了光谱选择性透过涂层TiO2 / Ag / Ti / TiO2 / SiON，它在可见光区有高透过率和在近红外区域具有低的透过率。通过优化各单层的厚度，使光学性能得到优化，以达到良好的光谱选择性透过性能。采用两种方法提高涂层的抗腐蚀稳定性：沉积不完全氧化的Ti来保护金属层；在最顶层沉积SiON作为保护层。