بهینه سازی خواص تابشی آندایزینگ آلومینیوم اشباع شده با نانو ذرات فلزی برای پوشش های جاذب خورشیدی

سطح جاذب یکی از مهم ترین بخش های کلکتورهای خورشیدی است. این سطح باید خواص منتخب جذب بالا در ناحیه طیف خورشیدی و نشر پایین در ناحیه مادون قرمز داشته باشند. هدف از این پژوهش بهینه سازی خواص نوری سطوح جاذب ایجاد شده به روش آندایزینگ آلومینیوم است. اثر عواملی شامل ضخامت پوشش، زمان و ولتاژ رنگ کاری و همچنین فرایندهایی مانند عملیات حرارتی، زینکاته، منظم سازی حفرات پوشش و آندایزینگ چند مرحله ای بر خواص نوری پوشش مورد بررسی قرار گرفت. سطوح جاذب با پوشش-دهی در حمام های اسید سولفوریک و اسید فسفریک و سپس پیگمنت نشانی در حمام های نیکل و مس تهیه شدند و شرایط بهینه برای ایجاد سطوح سیاه تعیین شد. پوشش ایجاد شده در اسید فسفریک ضخامت کمتر و خواص نوری منتخب (جذب 9733/0 و نشر 2539/0) بهتری نسبت به پوشش ایجاد شده در اسید سولفوریک نشان داد. برای بررسی ساختار پوشش ها وتعیین ضخامت آن ها از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و میکروسکوپ نوری استفاده شد. در شرایط رنگ کاری 5 دقیقه و ولتاژ 12 ولت بهترین خواص نوری (بیشترین نسبت نشر/جذب) به دست آمد. اثر عملیات حرارتی بر خواص نوری قبل از پوشش دهی و همچنین پس از فرایند رنگ کاری بررسی شد. بدین منظور زیرلایه آلومینیومی به مدت 3 ساعت در دمای 400 درجه سانتی گراد و نمونه های پوشش دهی شده، به مدت 1 ساعت در دماهای 400، 500 و 600 درجه سانتی گراد در کوره قرار داده شدند. برای بررسی اثر عملیات حرارتی بر ساختار پوشش، الگوی پراش پرتو ایکس (xrd) از نمونه ها تهیه شد. آنیل زیرلایه آلومینیومی بدون تأثیر در مقدار جذب پوشش، باعث افزایش نشر می شود. عملیات حرارتی پس از رنگ کاری نیز جذب پوشش را افزایش داد. مقدار نشر پوشش نیز پس از عملیات حرارتی در دمای 400 درجه سانتی گراد افزایش و در دماهای 500 و 600 درجه کاهش یافت. فرایند زینکاته با غوطه ور کردن نمونه ها به مدت 30 ثانیه در محلول زینکاته انجام شد. برای ارزیابی این پوشش طیف نگار تفکیک انرژی (eds) و تصاویر sem تهیه شدند. نتایج نشان داد فرایند زینکاته در هر دو حالت قبل و بعد از رنگ کاری، باعث کاهش جذب و نشر پوشش می شود. برای منظم سازی حفرات، پوشش حاصل از مرحله اول آندایزینگ در محلول 6 درصد وزنی اسید فسفریک و 8/1 درصد وزنی اکسیدکروم (cr2o3) حذف گردید و مجدداً فرایند پوشش دهی انجام شد. بررسی ها نشان داد منظم شدن حفرات باعث کاهش قابل توجه مقدار نشر می شود. در فرایند آندایزینگ چند مرحله ای، بین هر دو مرحله آندایزینگ، یک مرحله عریض سازی قطر حفرات در محلول اسید فسفریک 5 درصد حجمی در دمای 30 درجه سانتی گراد صورت گرفت. نتایج نشان داد آندایزینگ دو مرحله ای جذب و نشر پوشش را افزایش می دهد و آندایزینگ سه مرحله ای در پوشش های با ضخامت کم باعث کاهش نشر می شود.