AlN/WAlN/W太阳能选择性吸收多层薄膜研究
太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势成为人们关注的重点。太阳辐射能量约50％在可见光谱区(波长0.4~0.76 μm)，7％在紫外光谱区(波长＜0.4 μm)，43％在红外光谱区(波长＞0.76 μm)，因此要求吸收太阳能的涂层有高的吸收率而对红外线辐射小。太阳能选择性吸收涂层对可见光的吸收率很高，而自身红外辐射率很低，能够把低品位的太阳能转换成高品位的热能，对太阳能起到富集作用，是太阳能热利用中的关键技术，对提高集热器效率至关重要。高温太阳光谱选择性吸收膜是决定高温真空管集热管效率及发电效率的关键技术之一。
具有对太阳主要光谱的高吸收率和把吸收的太阳能储存在金属内部的能力(低发射率)，需要有良好的环境稳定性、机械性能和耐高温性能。AlN 具有较高的强度，良好的热稳定性和化学稳定性，硬度高，耐磨性好，可作为一种强化涂层。本文依据对聚光太阳能系统中的导热金属管镀膜工艺的需要，设计和建造了全封闭磁场非平衡磁控溅射镀膜机，解决太阳光谱选择性吸收膜的镀膜工艺问题，制备WAlN 体系耐高温太阳光谱选择性吸收膜层。钨是作为金属陶瓷中的金属成分沉积，铝与氮气反应形成作为金属陶瓷中的氮化铝介电材料。选用金属钨用在金属陶瓷中是钨金属具有良好的耐高温性能。探讨了AlN/WAlN/W太阳能选择性吸收多层薄膜的制备工艺对光谱吸收性能的影响。
3、结论
采用全封闭磁场的非平衡态磁控溅射系统沉积了AlN/WAlN(多层)/W 多层薄膜。分析结果表明，薄膜沉积设备性能稳定，工艺简单，W 和Al 靶材溅射率高，Al 靶有溅射电压阈值，只有加载电压超过溅射电压阈值后，Al 靶才发生溅射现象。获得的AlN（多层）/WAlN(多层)/W 薄膜中各层薄膜表面质地都较均匀，结构致密，且为多晶态或纳米晶薄膜。该结构膜系对200~2000 nm 范围内的光波有较高的吸收效果，平均吸收率可达96%以上，吸收性能优异，达到实际可应用。
【作者】 Иванова Татъяна Сергееъна； 李剑锋； 周福云； 王德真； 李国卿；
【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)
【机构】 大连理工大学； 大连交通大学； 东莞康达机电公司；
【摘要】 采用全封闭磁场的非平衡态磁控溅射系统,以纯金属为靶材,制备了AlN/WAlN(多层)/W薄膜。X射线掠射(GID)、扫描电镜(SEM)以及分光光度计等测试手段分析薄膜的相结构、表面形貌以及吸收光谱等特性。结果表明,薄膜沉积设备性能稳定,W、Al靶材溅射率高。获得AlN/WAlN(多层)/W薄膜中各层薄膜表面质地都较均匀,且为多晶态或纳米晶薄膜。该结构膜系对波长在200～2000nm范围内的光波有较高的吸收效果,平均吸收率可达96%以上,吸收性能优异。
【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.
【关键词】 太阳能； 吸收涂层； 磁控溅射； WAlN/W；
【Key words】 Solar energy； absorbing coating； magnetron sputtering； WAlN/W；
