顆粒在線訊：高熵合金通常被定義為含有5個(gè)以上主元素的固溶體，并且每個(gè)元素的摩爾比為5~35%，具有優(yōu)異的力學(xué)、耐高溫、耐磨、耐蝕、抗輻照等性能，在較多領(lǐng)域展現(xiàn)出發(fā)展?jié)摿?。中?guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所環(huán)境材料與生態(tài)化學(xué)研究發(fā)展中心副研究員高祥虎、研究員劉剛帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，通過(guò)組分調(diào)控、構(gòu)型熵優(yōu)化和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制備出系列高熵合金基高溫太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層。

　　前期，研究人員設(shè)計(jì)出一種由紅外反射層鋁、高熵合金氮化物、高熵合金氮氧化物和二氧化硅組成的彩色太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層，其吸收率可達(dá)93.5%，發(fā)射率低于10%。研究人員發(fā)現(xiàn)，單層高熵合金氮化物陶瓷具有良好的本征吸收特性，因此制備出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的涂層。以高熵合金氮化物作為吸收層，SiO2或Si3N4作為減反射層得到的涂層吸收率可達(dá)92.8%，發(fā)射率低于7%，并可在650°C的真空條件下穩(wěn)定300小時(shí)。

　　近期，為進(jìn)一步提升涂層吸收能力，研究人員選用不銹鋼作為基底，低氮含量高熵合金薄膜作為主吸收層，高氮含量高熵合金薄膜作為消光干涉層，SiO2、Si3N4、Al2O3作為減反射層，形成了從基底到表面光學(xué)常數(shù)逐漸遞減的結(jié)構(gòu)（圖1）。研究通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件（CODE）進(jìn)行優(yōu)化，利用反應(yīng)磁控濺射的方法制備，提高了制備效率。涂層吸收率可達(dá)96%，熱發(fā)射率被抑制到低于10%。研究人員通過(guò)時(shí)域有限差分法（FDTD）研究了涂層光吸收機(jī)制。長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性研究表明，高熵合金氮化物吸收涂層在600°C真空條件下，退火168小時(shí)后仍保持良好的光學(xué)性能；計(jì)算涂層在不同工作溫度和聚光比的光熱轉(zhuǎn)化效率發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作溫度為550°C、聚光比為100時(shí)，涂層的光熱轉(zhuǎn)化效率可達(dá)90.1%。該圖層顯示出優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換效率和熱穩(wěn)定性（圖2）。

　　研究人員將吸收涂層沉積在不同基底材料上制備的涂層依然保持優(yōu)異的光學(xué)性能，并在鋁箔上實(shí)現(xiàn)了涂層的大規(guī)模制備。對(duì)不同入射角的吸收譜圖研究發(fā)現(xiàn)，吸收涂層在入射光角度為0-60°的范圍內(nèi)具有良好的吸收率。研究人員模擬太陽(yáng)光對(duì)吸收器表面進(jìn)行照射，在太陽(yáng)光照射下，涂層表面的溫度超過(guò)100℃，表明該材料在界面水蒸發(fā)研究領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A、Solar RRL、Journal of Materiomics上。上述工作開(kāi)發(fā)出兼具優(yōu)異光學(xué)性能和耐高溫性能的高溫太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層，拓展了高熵合金在新能源材料領(lǐng)域的功能應(yīng)用。研究工作得到中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、中科院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃區(qū)域重點(diǎn)項(xiàng)目和甘肅省重大科技項(xiàng)目的支持。

圖1.光學(xué)模擬結(jié)合磁控濺射方法制備太陽(yáng)能光譜選擇性吸收涂層

圖2.光譜選擇性吸收機(jī)制和熱穩(wěn)定性研究