● 摘要
随着化石燃料的枯竭、温室气体的大量排放，导致了能源危机和全球生态环境进一步恶化，新能源的开发和利用越来越受到重视，太阳能取之不尽，用之不竭，因此吸引了更多的关注。中高温太阳能光热转换利用具有广阔的应用前景，如太阳能热发电等。制备能在350℃-500℃高温下长时间服役、光学性能优异的中高温光谱选择性吸收涂层，成为研制中高温真空集热管，促进太阳能中高温热利用尤其是槽式热发电的关键。
中高温太阳能应用的光谱选择性吸收涂层不仅要求涂层具有优异的光学性能，同时还要求涂层具有良好的热稳定性。传统的金属陶瓷结构的中高温选择性吸收涂层一般都采用单一的金属颗粒弥散在陶瓷介质基体中组成，金属颗粒的扩散和氧化是导致涂层高温下光学性能退化的主要原因，本文首次提出了采用热稳定性好的金属间化合物MoSi2和AlNi合金来代替单一金属颗粒，制备MoSi2-Al2O3和AlNi-Al2O3具有金属陶瓷结构的中高温光谱选择性吸收涂层系列。
在对MoSi2-Al2O3和AlNi-Al2O3两个体系中各单层膜的制备工艺如溅射功率、溅射气压、溅射靶基距等研究的基础上，通过求解Hadley方程或Scout光学软件模拟得到涂层的光学常数，然后结合计算模拟和实验方法优化了高金属体积分数的金属陶瓷吸收层（HMVF）和低金属体积分数的金属陶瓷吸收层（LMVF）的厚度和金属体积分数，得到了吸收率和发射率分别为0.945，0.073和 0.95，0.078光学性能优异的MoSi2-Al2O3和AlNi-Al2O3两个体系的光谱选择性吸收涂层，尤其是以Al为金属红外反射层的AlNi-Al2O3体系涂层的光学性能达到了国际先进水平，其吸收率和发射率分别为0.953，0.055。
对Cu基底上制备的MoSi2-Al2O3体系选择性吸收涂层以及各单层膜进行了高温下真空热时效，对热时效前后薄膜的光学性能、微观结构、形貌、表面成分以及元素成分沿深度方向的分布等进行了对比研究，发现影响该涂层热稳定的原因可能是Cu基底原子的扩散和氧化造成的。影响不锈钢基底上涂层热稳定性的主要原因是SS基底中的C和金属红外反射层Mo反应生成Mo2C。通过对SS基底预氧化处理和金属Mo层致密化后，MoSi2-Al2O3体系选择性吸收涂层经过400℃，1140h 真空热时效和50次冷热循环后，光学性能没有明显变化；AlNi-Al2O3体系涂层经过500℃，286h真空热时效处理和50次冷热循环后，光学性能稳定。MoSi2-Al2O3和AlNi-Al2O3两个体系涂层的热稳定性到达了国内先进水平，可以满足太阳能槽式热发电所用的中高温真空集热管的要求。
按照平板集热器选择性吸收涂层（蓝膜）寿命评估国际标准，对以Al为金属红外反射层的AlNi-Al2O3体系选择性吸收涂层进行了简单寿命评估，该涂层能满足平板集热器25年使用寿命要求。