顆粒在線訊：從太陽輻射中獲取能量，并將其轉(zhuǎn)化為熱能加以利用，是應對能源危機和環(huán)境污染、加快向可持續(xù)低碳世界過渡的前瞻性策略。太陽能選擇性吸收涂層作為光熱轉(zhuǎn)化技術(shù)的重要組成部分，要求在太陽能光譜波段（0.3-2.5μm）具有高吸收率，同時在中紅外波段（2.5-20μm）具有低發(fā)射率，從而使其表現(xiàn)出更高的光熱轉(zhuǎn)換效率，無論在高溫太陽能熱利用領域如太陽能光熱發(fā)電，還是低溫太陽能熱利用領域如光熱殺菌、除冰、海水淡化，均表現(xiàn)出應用前景。然而，目前大部分太陽能吸收涂層在真空條件下的熱穩(wěn)定性低于650 ℃，限制了其在高溫條件下的應用。因此，開發(fā)一種具有優(yōu)異熱穩(wěn)定性（大于700 ℃）、可擴展、結(jié)構(gòu)簡單、易于制備的太陽能吸收涂層具有重要意義。 

　　近日，中國科學院蘭州化學物理研究所清潔能源化學與材料研究室低碳能源材料組副研究員高祥虎、研究員劉剛團隊，開發(fā)了一種基于復合陶瓷雙層結(jié)構(gòu)的高溫太陽能選擇性吸收涂層，其中復合陶瓷（TiB2-HfB2）作為吸收層、Al2O3作為減反射層（圖1）。 

　　該材料經(jīng)過低溫退火處理后，涂層的吸收率可提高到93.2%、發(fā)射率降低到8.9%，這是由于復合陶瓷層與減反射層之間形成了新的中間層，得到了一種具有三層光學梯度結(jié)構(gòu)的太陽能吸收涂層，從而增強了涂層材料的光學性能。同時，該吸收涂層的吸收率對入射光角度不敏感，可在0-60°入射角范圍內(nèi)實現(xiàn)高效的太陽能轉(zhuǎn)換，這對降低太陽能追蹤系統(tǒng)的運行成本具有重要意義。 

　　此外，低溫退火處理后的吸收涂層具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性（圖2）。在800 ℃真空條件下退火處理240 h，該吸收涂層反射譜圖沒有明顯變化，依然表現(xiàn)出良好的光學性能。該涂層在工作溫度800 ℃、光照強度100 suns時，太陽能的光熱轉(zhuǎn)化效率為68.6%。  

　　復合陶瓷（TiB2-HfB2）基太陽能選擇性吸收涂層具有良好的光熱轉(zhuǎn)化效率、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)簡單、易于制備等優(yōu)點，有望推動該材料在不同溫度領域的太陽能光熱發(fā)展。相關(guān)研究成果以Reinforcement optical performance and thermal tolerance in a TiB2-HfB2-based double-layer spectral selective absorber via a pre-annealing strategy為題，發(fā)表在Materials Today Physics上。研究工作得到中科院青年創(chuàng)新促進會、中科院科技服務網(wǎng)絡計劃區(qū)域重點項目和甘肅省科技重大專項的支持。 

圖1.復合陶瓷基太陽能選擇性吸收涂層的反射譜圖以及結(jié)構(gòu)表征

圖2.太陽能選擇性吸收涂層的熱穩(wěn)定性研究、光熱轉(zhuǎn)換效率對比及失效分析