從取之不盡、用之不竭的太陽輻射中獲取能量，并將其轉(zhuǎn)化為熱能加以利用，是應(yīng)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(lǐng)域，如太陽能光熱發(fā)電，還是低溫太陽能熱利用領(lǐng)域，如光熱殺菌、除冰、海水淡化，均能表現(xiàn)出巨大的應(yīng)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(yīng)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。

　　近期，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所清潔能源化學(xué)與材料研究室低碳能源材料組高祥虎副研究員、劉剛研究員團隊，開發(fā)了一種基于復(fù)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(fù)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(fù)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(xué)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(xué)性能。而且，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。

圖1. 復(fù)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)換效率對比以及失效分析

　　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(xué)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%。

　　研究人員研發(fā)的復(fù)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(lǐng)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 (https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2022.100690)上。邱曉莉博士為該論文的第一作者，高祥虎副研究員和何成玉博士為通訊作者。

　　該工作得到了中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、中科院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計劃區(qū)域重點項目和甘肅省科技重大專項的支持。