AlN/WAlN/W太陽能選擇性吸收多層薄膜研究

　　太陽能以其清潔、源源不斷、安全等顯著優(yōu)勢(shì)成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。太陽輻射能量約50％在可見光譜區(qū)(波長0.4~0.76 μm)，7％在紫外光譜區(qū)(波長＜0.4 μm)，43％在紅外光譜區(qū)(波長＞0.76 μm)，因此要求吸收太陽能的涂層有高的吸收率而對(duì)紅外線輻射小。太陽能選擇性吸收涂層對(duì)可見光的吸收率很高，而自身紅外輻射率很低，能夠把低品位的太陽能轉(zhuǎn)換成高品位的熱能，對(duì)太陽能起到富集作用，是太陽能熱利用中的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)提高集熱器效率至關(guān)重要。高溫太陽光譜選擇性吸收膜是決定高溫真空管集熱管效率及發(fā)電效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。

　　具有對(duì)太陽主要光譜的高吸收率和把吸收的太陽能儲(chǔ)存在金屬內(nèi)部的能力(低發(fā)射率)，需要有良好的環(huán)境穩(wěn)定性、機(jī)械性能和耐高溫性能。AlN 具有較高的強(qiáng)度，良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，硬度高，耐磨性好，可作為一種強(qiáng)化涂層。本文依據(jù)對(duì)聚光太陽能系統(tǒng)中的導(dǎo)熱金屬管鍍膜工藝的需要，設(shè)計(jì)和建造了全封閉磁場(chǎng)非平衡磁控濺射鍍膜機(jī)，解決太陽光譜選擇性吸收膜的鍍膜工藝問題，制備WAlN 體系耐高溫太陽光譜選擇性吸收膜層。鎢是作為金屬陶瓷中的金屬成分沉積，鋁與氮?dú)夥磻?yīng)形成作為金屬陶瓷中的氮化鋁介電材料。選用金屬鎢用在金屬陶瓷中是鎢金屬具有良好的耐高溫性能。探討了AlN/WAlN/W太陽能選擇性吸收多層薄膜的制備工藝對(duì)光譜吸收性能的影響。

3、結(jié)論

　　采用全封閉磁場(chǎng)的非平衡態(tài)磁控濺射系統(tǒng)沉積了AlN/WAlN(多層)/W 多層薄膜。分析結(jié)果表明，薄膜沉積設(shè)備性能穩(wěn)定，工藝簡單，W 和Al 靶材濺射率高，Al 靶有濺射電壓閾值，只有加載電壓超過濺射電壓閾值后，Al 靶才發(fā)生濺射現(xiàn)象。獲得的AlN（多層）/WAlN(多層)/W 薄膜中各層薄膜表面質(zhì)地都較均勻，結(jié)構(gòu)致密，且為多晶態(tài)或納米晶薄膜。該結(jié)構(gòu)膜系對(duì)200~2000 nm 范圍內(nèi)的光波有較高的吸收效果，平均吸收率可達(dá)96%以上，吸收性能優(yōu)異，達(dá)到實(shí)際可應(yīng)用。

　　【作者】 Иванова Татъяна Сергееъна； 李劍鋒； 周福云； 王德真； 李國卿；

　　【Author】 Иванова Татъяна Сергееъна1,LI Jian-feng2,ZHOU Fu-yun3,WANG De-zhen1,LI Guo-qing1(1.Dalian Jiaotong University,Dalian 116028,China;2.Dalian University of Technology,Dalian 116024,China)3.Dongguan Camda Co.,Dongguan 523626,China)

　　【機(jī)構(gòu)】 大連理工大學(xué)； 大連交通大學(xué)； 東莞康達(dá)機(jī)電公司；

　　【摘要】 采用全封閉磁場(chǎng)的非平衡態(tài)磁控濺射系統(tǒng),以純金屬為靶材,制備了AlN/WAlN(多層)/W薄膜。X射線掠射(GID)、掃描電鏡(SEM)以及分光光度計(jì)等測(cè)試手段分析薄膜的相結(jié)構(gòu)、表面形貌以及吸收光譜等特性。結(jié)果表明,薄膜沉積設(shè)備性能穩(wěn)定,W、Al靶材濺射率高。獲得AlN/WAlN(多層)/W薄膜中各層薄膜表面質(zhì)地都較均勻,且為多晶態(tài)或納米晶薄膜。該結(jié)構(gòu)膜系對(duì)波長在200～2000nm范圍內(nèi)的光波有較高的吸收效果,平均吸收率可達(dá)96%以上,吸收性能優(yōu)異。

　　【Abstract】 AlN/WAlN(multilayer)/W thin films were prepared by fully-closed and unbalanced magnetron sputtering process with pure metals as targets.Grazing-incidence X-ray diffraction(GID),scanning electronic microscope(SEM) and spectrophotometer were used to characterize the phase structure,composition,micromorphology and absorbing spectra of the thin films.The results indicated that the performance of sputtering system is stable with high sputtering rates from W and Altargets,and all the layer surface are in the homogeneous distribution and most of them are polycry stalline or in nano-size thickness.The AlN/WAlN(multilayer)/W films have high solar absorption effect within the wavelength range from 200 to 2000nm,and their average solar absorption rate can come up to 96%,ie.,a very high absorbability.

　　【關(guān)鍵詞】 太陽能； 吸收涂層； 磁控濺射； WAlN/W；

　　【Key words】 Solar energy； absorbing coating； magnetron sputtering； WAlN/W；