粉末冶金技术在新能源材料中的应用

发布时间：2022-03-19所属分类：工程师职称论文浏览：1次

摘 要： 摘要：新能源的开发和利用是解决人类能源问题的唯一办法，新能源材料是发展和利用新能源的关键所在。粉末冶金作为一门先进的新材料制备与合成技术，在新能源材料的发展过程中起到了关键性的作用。本文详细介绍了粉末冶金技术在核能材料、风能材料、太阳能材料、锂离子

　　摘要：新能源的开发和利用是解决人类能源问题的唯一办法，新能源材料是发展和利用新能源的关键所在。粉末冶金作为一门先进的新材料制备与合成技术，在新能源材料的发展过程中起到了关键性的作用。本文详细介绍了粉末冶金技术在核能材料、风能材料、太阳能材料、锂离子电池材料、储氢材料、燃料电池材料中的应用。

　　关键词：新能源材料;粉末冶金;核能

　　能源和材料一样，是支撑当今人类文明和保障社会发展的最重要的物质基础。20世纪80年代以来，随着世界经济的快速发展和全球人口的不断增长，世界能源消耗也大幅上升，石油、天然气和煤炭等主要化石燃料已经不能满足世界经济发展的长期需求，而且随着全球环境状况的日益恶化和各国人民环境保护意识的不断增强，产生大量有害气体和废弃物的传统能源工业已经越来越难以满足人类社会的发展要求。

　　面对严峻的能源状况，我国为适应经济增长和社会可持续发展战略，大力发展各种新型能源及对应的能源材料。中国科学院资深院士师昌绪在《2002高技术发展报告》中指出，解决能源危机的关键是能源材料的突破[1]。

　　新能源是相对传统常规化石能源而言，采用新技术和新材料而获得的能源[2]。新能源材料包括与新能源比如核能、风能、氢能、太阳能、地热能和潮汐能等相关的材料和在各种新型能量转换和储存装置比如锂离子电池、燃料电池、超级电容器中所使用的材料[3]。新能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的技术领域之一，新能源材料是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术的关键。

　　粉末冶金技术是一种先进的材料制备与合成技术，在超导体、纳米材料、高级磁性材料、生物工程材料、能源材料、功能材料等领域已获得广泛的应用。随着粉末冶金新技术、新工艺和新材料的涌现，使得一批具有高性能的粉末冶金新材料相继出现，也带动了新型能源材料的发展。本文主要介绍了粉末冶金技术在新能源材料比如核能材料、锂离子电池材料、燃料电池材料、储氢材料、太阳能材料和风能材料等方面的应用。

　　1 粉末冶金技术在锂离子电池材料中的应用

　　锂离子电池具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应等突出优点[4]，近10年来得到了飞速发展，并以其卓越的高性能价格比优势在笔记本电脑、移动电话、摄录机、武器装备等移动电子终端设备领域占据了主导地位，是最新一代的绿色高能充电电池，被认为是在21世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产品。

　　目前，锂离子电池正在向高性能(即高比能、长寿命、安全性)、低成本的方向发展，其主要研究热点是开发研究适用于高性能锂离子电池的新材料、新设计和新技术。

　　锂离子二次电池今后要取得更大的进展，在重量能量密度研究、原材料的研发、新型电解质的开发等方面，都与粉末冶金超微粉体的制备应用有关。研究表明，基于超微粉制备的纳米晶体材料和纳米管可以使锂电池的功率密度、寿命以及充放电速度大大提高。超微粉体在锂离子电池材料中的被关注程度在新能源技术中是最广泛的。

　　1.1锂离子正极材料

　　通常的锂离子二次电池由正/负极材料、电解液、隔膜以及电池外壳包装材料组成。一般来说，在锂离子电池产品组成部分中，正极材料占据着最重要的地位，占整个锂离子电池成本的40%左右，同时正极材料的好坏，直接决定了最终锂离子电池产品的性能指标。

　　目前常用的锂离子电池正极材料有钴酸锂(Li— CoO：)、镍酸锂(LiNi02)、锰酸锂(LiMn20。和LiM— nO。)和磷酸铁锂(LiFePO。)[5]。商品化锂离子电池中正极材料(LiCoO：)的比容量远远小于负极材料，成为制约锂离子电池整体性能进一步提高的重要因素。与传统的LiC002、LiNi02、LiMnOz等相比， LiFePO。具有稳定性高、安全可靠、循环性能良好等优点，同时Fe的资源储量丰富，价格低廉，而且无毒。自1997年首次报道其电化学性能以来，LiFePO。被认为是具有很大应用潜力的锂离子电池正极材料，其组装的电池放电电压达到3.4V，电池的理论容量达到了170mA/hL6J。

　　粉末冶金技术在制备锂离子电池材料中的应用主要体现在采用固相法和液相法制备正极材料粉末上。固相法中包括高温固相法，碳热还原法和微波法口3等;液相法包括溶胶一凝胶法、水热法、沉淀法等，这些方法各有优缺点，但都能得到纯度高的正极材料用粉体。

　　高温固相法∞1是现在工业上制备正极材料的传统方法。它是将一定化学计量比的原料加入球磨介质后在球磨机上均匀混合，然后在氮气或氩气等惰性气氛或氢气与惰性气体混合的气体的还原性气氛条件下，先经300～400℃预煅烧释放气体后，再在 500～800℃高温煅烧10～24 h后而合成正极材料。目前利用固相合成法可以生产合格的锂钴氧、锂镍氧、锂锰氧、锂钒氧、磷酸铁锂等正极材料。

　　液相合成法有很多优点，它可以制备高性能的产品，产品的形貌和微观结构可以人为掺制，生产出来的正极材料产品具有结晶程度高、粒度均匀、粒径小和比表面积大等特点r9]。比如沉淀法，是液相法制备橄榄石LiFePO。的一种常用方法。具体过程是将适当的原材料溶解后，加入其他化合物以析出沉淀，于燥、焙烧后得到产物，该产物一般为FeP04、NH。FePO。和LiFeP04。沉淀法制备LiFePO。可以实现锂、铁和磷在分子水平上的混合，使反应更加完全和均匀，可以缩短后期的热处理时间和降低反应温度，同时还能通过控制沉淀法的反应条件制备出不同形貌的产物，提高电化学性能。

　　LiFePO。具有结构稳定、循环性能好、安全、无污染、原材料丰富等很多优点。但在动力型汽车等大功率型电池中应用中受限制，其中最主要的就是倍性能差，即在大电流密度下充放电时容量衰减很快。这主要是因为锂离子和电子在LiFePO。中的传导率很低，导致其导电性能差。[1们提高电子电导率主要方法是在LiFePO。中掺杂或包覆导电材料，导电材料用得较多的是碳和金属粒子。同时，可以减小颗粒尺寸来增加Li+的导电性能，当颗粒减小到纳米尺寸时，Li+的扩散路程变短，有利于提高其比容量和循环性能。但同时粉体的振实密度降低，体积比容量降低，而且纳米颗粒活性高，容易发生团聚等一些小尺寸效应。目前，通过制备球状的LiFePO。来提高其振实密度。

　　锂离子电池正极材料的发展趋势是尽量通过制备超微粉体原料，经掺杂改性，改变其晶体和电子结构，提高性能。

　　1.2锂离子负极材料

　　在锂离子电池负极材料方面，早期人们研究了各种类型的碳材料，包括石墨、碳纤维、石油焦和中间相沥青基炭微球(MCMB)等。商用锂离子电池负极碳材料以中间相碳微球(MCMB)和石墨材料为代表，容量300～350 mA·h/g。国内许多锂离子电池生产厂家广泛使用天然微晶石墨作为负极材料，这种材料成本低，结构稳定，锂可逆嵌入容量可超过300 mA·h/g，通过对石墨进行机械处理和表面包敷处理，锂出入不可逆容量可小于10%。目前，负极材料的发展趋势是以提高容量为目标，通过各种方法将碳负极材料与各种高容量非碳负极材料复合，以研究开发新型可实用化的高容量碳/非碳复合负极材料。锡基合金材料以高比能量(994 mA· h/g)、高倍率、高安全性等特点，引起了人们的广泛关注。纳米Sn基合金一碳复合材料同时具有金属 Sn的高容量和碳材料的稳定性，是较有发展前景的高容量负极材料[11I。

　　高性能碳/非碳复合粉体的制备方法有高能球磨法、液相还原法、高温碳热还原法等。Hassoun J.采用高能球磨法制备了具有非晶纳米结构的Sn。， Co：。C。。复合材料，该材料可逆比容量接近500 mA ·h/g，65次循环后容量依旧保持良好[1 2I。

　　锂离子电池正负极材料的发展离不开制粉技术的发展。锂离子电池的正负极材料很多已经可以实现工业化生产，且都朝着功能化、超微化、球形化方向发展。

　　2 粉末冶金技术在储氢材料中的应用

　　氢能是一种清洁、高效的能源，可替代污染环境且不可再生的煤、石油、天然气等化石燃料，作为洁净可再生能源有着广阔的应用前景。氢能体系主要包括氢的生产、储存与运输、应用三个环节，其中氢的储存是关键，也是目前氢能应用的技术瓶颈。氢的储运按氢的储存方法可以分为3种：第一种是气体氢储存技术，即将氢气压缩后存储在高压容器中，缺点是钢瓶储存氢气的容积小、储氢量小，并且有爆炸的危险;第二种是液态氢储存技术，即将氢气液化后存储在绝热容器中，缺点是液体储存箱非常庞大，需要极好的绝热装置来隔热，并且容易渗漏;第三种是固体氢储存技术，即氢气与储氢材料通过物理或化学的方式相结合的固体储氢方式，能有效克服气、液两种储存方式的不足，而且储氢体积密度大、安全度高、运输方便、操作容易。因此，固体储氢引起了人们特别的关注，成为目前研究的热点。2001年以来，世界能源署(IEA)制定了车用氢气存储系统目标：建立一种可逆的质量储氢容量大于5%的媒介，在低于80℃和在0.1MPa下释放氢气[1…。

　　储氢合金是指在一定温度和氢气压力下能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属问化合物。合金储氢机理是氢分子首先吸附在金属表面，再解离成氢原子，然后再进入到金属的晶格中形成氢化物。元素周期表中的部分金属与氢反应，形成金属氢化物，反应比较简单，只要控制一定的温度和压力，金属和氢气一接触就会发生反应。储氢合金储氢量大、无污染、安全可靠，并且制备技术和工艺相对成熟，是目前应用最为广泛的储氢材料。

　　金属基储氢合金一般有镁基储氢材料、稀土系储氢材料及钛系储氢材料等。储氢合金材料的制备涉及到熔炼法、机械合金化法、氢化燃烧合成法和还原扩散法等[1“。采用熔炼的方法制备的储氢合金容易造成成分偏析，对于先进的储氢合金，一般采用机械合金化、氢化燃烧合成和还原扩散法等粉末冶金技术来制备。

　　2.1镁基储氢合金

　　金属镁作为储氢材料具有一系列优点：密度小 (仅为1.74 g/cm3);储氢量高，MgH：的含氢量达 7.6%(质量分数)，而Mg。NiH。的含氢量也达到 3.6%(质量分数);资源丰富，价格低廉。镁基储氢合金材料的方法主要有扩散法、氢化燃烧合成法和机械合金化法[1 5|。

　　扩散法分为置换扩散和固相扩散。置换扩散法是在适当的非水溶剂中，用金属Mg置换溶液中化合态的其他元素，如Cu或Ni，Cu或Ni会镀在Mg 上，然后在适当的温度下进行扩散，形成金属间化合物Mg。Cu或Mg。Ni，此法合成的材料物理性能好，有很高的活性，较易加氢活化，吸放氢速度快，实验所需设备简单。固相扩散法，是利用金属Mg易于扩散的特点，将原料混合粉末压片后在惰性气体保护下高温扩散，从而制成Mg基合金。这种方法可视为对熔炼法的改进，由于采取了高压惰气保护等措施，而抑制了Mg的挥发，此法的优点是：相对来说工艺周期较短、条件温和、不需要高温、简单方便、易于操作和合金组成易于控制，因而特别适用于熔点相差较大的金属元素的合成。同时，制备的样品活化容易，容量和吸放氢平台都很好。

　　用燃烧合成法可以直接制备Mg。NiH。金属氢化物。其原理是在氢气保护下，点燃合成所需的几种原料，最终得到吸氢后的Mg基材料。此法的优点：很容易控制产物的化学组成;在氢化过程中不需要活化处理;适用于大规模生产，有利于节约时间和能源。

　　随着机械合金化工艺逐渐成熟，人们逐渐把工作重点放在了镁基储氢复合材料的研究上。机械合金化法制备镁基储氢材料工艺简单，可制备出纳米晶和非纳米晶态的Mg基储氢材料，能显著改善材料的表面特性，从而有效降低吸放氢反应的活化能，且吸放氢性能优于用传统熔法制备的合金材料。同时，采用机械合金化法还可以将某一种单质或化合物复合在镁颗粒表面，起到吸放氢催化剂的作用，可加快吸放氢的速度，降低其放氢温度，例如添加纳米颗粒Pd作为合金表面的催化活性点，大大改善了氢的可逆吸放过程。

　　2.2稀土系储氢合金

　　稀土储氢合金具有优良的动力学性能和稳定性以及较高的储氢容量，是目前仅有的实现大规模产业化的储氢合金种类，主要应用于镍氢二次电池领域。目前研究开发的稀土储氢合金有AB5型、AB3 型、A287型等。AB5型稀土储氢合金是目前商业化镍氢电池普遍采用的负极材料，但目前AB5型储氢合金已接近其理论容量极限。开发更高的储氢容量是目前稀土储氢合金研究领域的热点。

　　制备稀土储氢合金的方法有机械合金化法、氢化燃烧合成法等。例如，采用机械合金化法制取稀土一镁系复合储氢合金，性能较单独的稀土储氢合金优异。

　　2.3钛基储氢合金

　　金属钛在高温下具有良好的可逆吸、放氢性能和合适的温度一压力关系，是储氢合金的良好原料。钛系储氢合金是由钛和其他过渡金属元素(Fe、Co、 Ni)等生成的金属间化合物，目前研究和开发的有 Ti—Fe系和Ti—Ni系以及V—Ti-Cr系、V—Ti—Mn系、 V—Ti—Fe系合金作为镍氢电池负极材料。近年来，机械合金化法是研究Ti基储氢合金重要方法之一，研究涉及二元、三元、四元乃至更多元Ti基储氢合金。

　　Ti—Fe系是AB型储氢合金的典型代表，其优越性在于合金在室温下能可逆的吸放大量的氢(理论值为1.86%)，且氢化物分解压仅为几个大气压，很接近工业使用，Fe和Ti两种元素在自然界含量丰富，价格低廉，适合大规模应用，但其活化性能和抗中毒性能较差。L.Zaluski[163等研究了机械合金化法制备的Ti—Fe系合金，认为球磨气氛中的氧含量是决定生成非晶或无定形Ti—Fe的关键，氧含量低于3%生成非晶TiFe，高于3%则生成无定形TiFe。高岩等通过机械合金化法研究指出，TiFe在适当的球磨条件下，发生由混合物到非晶到TiFe金属间化合物的转变，经适当热处理后，可获得不同晶粒尺寸的纳米晶TiFe相，TiFe相最小晶粒尺寸约为13 nm。张二林等通过MA法研究Ti50Fe50合金后指出，球磨强度低时，非晶形成的时间较长，强度高时，非晶形成的时间较短，但在随后的球磨中会重新晶化成新相。

　　三元系、四元系或更多元系储氢合金的研究都是建立在二元系基础之上的，具体研究中通常是采用机械合金化法往二元系中添加或替换一种、两种或者更多种元素，以期达到弥补不足、改善性能的目的。

　　机械合金化技术在制备金属基储氢材料方面已显示出其诱人的前景。采用机械合金化技术，从原理上讲可以任意调配材料组成、合成许多难以用常规的熔炼或其它方法制备的新型纳米晶储氢合金材料n川。采用机械合金化法制备储氢合金，由于高能量机械能的作用，材料发生一系列的显微组织变化和非平衡态相变，导致各种非平衡态结构的形成，如纳米晶、非晶、过饱和固溶体和亚稳相等，这些相可能会表现出优异的物理化学性能。用这种技术制备的储氢合金与传统铸造方法相比，具有活化容易，吸放氢动力学性能好，循环寿命长和放电容量大等优点，是提高贮氢合金性能的有效方法。机械合金化技术的发展，必将推动先进储氢合金的制备进而推动氢能的应用，带来巨大的经济和社会效益。

　　3粉末冶金技术在燃料电池材料中的应用

　　燃料电池是一种将燃料气体(或液、固燃料气化后的气体)的化学能直接转换为电能的大规模、大功率、新型而清洁的发电装置，它是除水力发电、热能发电和核能发电之外的第四种发电技术，它不但具备高的能量转换效率，同时是一种清洁的能源。根据电池中所用的电解质不同，目前已发展出了五大类型：(1)碱性燃料电池(AFC);(2)磷酸型燃料电池(PAFC);(3)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC);(4) 固体氧化物燃料电池(SOFC);(5)质子交换膜型燃料电池(PEMFC)[13。固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是在中高温运行条件下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效率、环境友好地转化成电能的全固态发电装置。从可持续发展角度来看，SOFC极具发展前景，被普遍认为是在未来会得到广泛应用的一种燃料电池。

　　SOFC中涉及到的关键材料主要包括阴极、电解质、阳极、连接体和密封等部件的材料。

　　在SOFC中，阳极是燃料气体(H。或碳氢化合物)的氧化反应发生的场所，因此用于制备阳极的材料需满足一定要求u8I：(1)阳极的主要功能是作为电催化剂，催化通过电解质传递过来的氧离子与燃料之间发生的氧化反应，电化学反应所产生和消耗的电子通过外部电路进行输送，从而产生电流，因此阳极材料必须具备对于某些具体反应的较高电催化性能。(2)必须有足够的电子电导率，以降低有效电阻。(3)由于SOFC要经受热循环，因此阳极材料须在高温还原气氛中保持化学稳定、物相稳定和微观结构稳定，包括不与电解质、集电器发生相互作用，保持一定孑L隙率以降低浓差极化电阻，保持良好的表面形貌以减小与其它组元的接触电阻。(4)其热膨胀系数应与其他材料的热膨胀系数相匹配，从而保证接触界面的稳定。(5)直接氧化SOFC阳极需要具有耐碳性和耐硫性。(6)对于阳极支撑的 SOFC，则要考察其机械强度。(7)在开发新材料的时候，除了以上要求外，还要考虑其性能的可重复性、成本等因素。满足以上条件的材料主要包括金属、金属陶瓷和混合导体。

　　纯金属阳极不能传导O卜，燃料的电化学反应只能在阳极和电解质的界面处发生。不仅如此，金属阳极同电解质的热膨胀匹配性不好，多次加热冷却的循环后，容易在界面处产生裂痕导致电极剥落。另外，金属阳极在高温下易烧结、气化，这些都会严重影响电池的工作性能。

　　由于出色的电化学性能，目前Ni/YSZ金属陶瓷阳极是以氢为燃料的SOFC的首选[19’20j。金属 Ni因其便宜的价格及较高的稳定性，常与电解质氧化钇稳定的氧化锆(yttria stabilized zireonia， YSZ)混合制成多孔金属陶瓷Ni/YSZ，Ni/YSZ是目前应用最广泛的SOFC阳极材料。Ni/YSZ金属陶瓷阳极是将具有催化活性的金属Ni粉分散到电解质材料YSZ基体中经烧结而形成的复合材料。 YSZ的作用是提供承载Ni粒子的骨架和阻止在运行过程中Ni粒子团聚，使阳极保持多孔的微观构造，增大三相界面，并且使阳极的热膨胀系数与其他组元相匹配。综合考虑电导率和热膨胀系数，一般采用Ni占35%，这样既保持阳极层的电子电导率，又可降低与其他电池元件的热膨胀系数失配率。

　　燃料电池阴极材料为多孔的锶掺杂的锰酸镧( LSM)，多孔材料的制备只能采用粉末冶金技术。电解质材料为烧结Y：0。掺杂的ZrO：粉末制备而成。

　　4 粉末冶金技术在太阳能材料中的应用

　　太阳蕴藏着巨大的能量，据估算，每年照射到地球上的太阳辐射能量达到1.8×1018 kW/h。太阳能利用主要包括光伏、光热、光化学转化以及光生物转化等。

　　4.1太阳能光电材料

　　典型的太阳能电池本质上是一个半导体二极管 (p—n结)，它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换为电能。目前开发的太阳能电池的种类很多，但其光电转换效率普遍偏低，特别是对于军事装备、航空航天等军事与空间应用领域，光电转换效率是太阳能电池最重要的指标[21|。不断研究开发新的高效太阳能电池材料，改进和开发新的太阳能电池材料的制备技术，进而改进材料本身结构性能来提高太阳能电池材料的光电转换效率。

　　粉末冶金技术在太阳能光电材料制备中的应用的体现就是制备薄膜太阳能电池。

　　晶体硅太阳能电池通常由厚度为350～450址ITI 的高厦量硅片制得，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成，因此实际消耗的硅材料很多。为了节省材料，人们从20世纪70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但是由于生长的硅晶粒较小，未能制成有价值的多晶硅薄膜太阳能电池。为了获得大尺寸的多晶硅薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多制备多晶硅薄膜太阳能电池的方法，如等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、低压化学气相沉积法(LPCVD)、热丝化学气相沉积法(HWCVD)、快速热化学气相沉积法 (RTCVD)、液相外延法(LPE)、溅射沉积法等。非晶硅薄膜太阳能电池是用非晶硅半导体材料在玻璃、特种塑料、陶瓷、不锈钢等为衬底制备出来的一种目前公认环保性能最好的太阳能电池。制备方法有反溅射法、低压化学气相沉积法(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)和热丝化学气相沉积法(HWCVD)。

　　4.2太阳能光热材料

　　太阳能光热利用是太阳能利用的一种重要方式，尤其是太阳能热发电相对于光伏发电，具有成本低、适合于大规模发电等优势，成为太阳能利用的重要发展方向。然而由于其到达地球后的能量密度比较低，给大规模的开发利用带来一定的困难，这就决定了将太阳能直接用于日常生活和工业生产之前，必须提高其能量密度。太阳能选择性吸收涂层对可见光的吸收率很高，而自身的红外辐射率却很低，能够把能量密度较低的太阳能转换成高能量密度的热能，对太阳能起到富集的作用。因此，制备高效的太阳能选择性吸收涂层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。

　　粉末冶金技术在太阳能光热利用材料制备中的应用的体现是制备太阳能选择性吸收涂层。

　　实现高效率太阳能热利用的关键技术是制备高效的太阳能选择性吸收涂层，在太阳光谱内有尽量高的吸收率口，在热辐射波长范围内有尽可能低发射率e。太阳能选择性吸收涂层主要制备方法有涂料法、电镀法、电化学法、气相沉积法和真空镀膜法‰23|。

　　涂料法是一种发展比较早的制备方法，它是将具有光吸收选择性的粉体作为色素与粘结剂混合制成涂料，然后通过喷涂、浸沾、涂刷等方法将涂料涂在基板上。这种方法工艺简单，操作方便。常用的色素材料有Si、Ge、PbS和一些过渡金属复合氧化物，常用的粘结剂有烯基材料和有机硅等。用该法制备的涂层由于粘结剂在高温下可能热解，所以一般用在中、低温条件下。由于色素材料的高吸收率，使涂层的吸收率比较高(a>0.8)，但由于有机物在红外区中存在吸收峰，从而使涂层发射率也比较大 (e约为0.2)，致使口八相对较低。另外，有机粘结剂的使用也影响涂层的使用寿命。

　　电镀法是利用电镀的方法将具有光选择性吸收的金属镀在基板上。常用的电镀涂层主要有黑镍涂层、黑铬涂层、黑钻涂层等，这些涂层均具有良好的光学性能。以黑铬和黑镍的效果最好，吸收发射比 (口/e)接近6～13，但电镀黑铬生产成本高，同时镀液中的Cr6+对环境有污染。电镀黑镍耗能少，成本低，镀液中不存在有毒物质，但黑镍涂层薄，热稳定性和耐蚀性较差，通常只适用于低温太阳能热利用。

　　最常用的电化学法是将金属基板(A1、Cu、Fe 等)放入含有磷酸的溶液中进行阳极氧化，使其表面产生一层多孔氧化物，然后放入某些金属盐溶液中，利用电解沉积在孔中沉积金属(Ni、Co、Mo等)。研究发现沉积的金属大部分在孔的底部，这样的结构可以保护金属颗粒免受外界的侵蚀。由于多孔氧化物具有很好的热稳定性和化学稳定性，以这种方法制备的薄膜具有很好的耐热性和耐腐蚀性，可以用作高温吸热材料。而且这种薄膜的光吸收性能也较好，口一般大于0.90，e又都在0.1左右，具有较高的 a/￡值。

　　化学气相沉积法(CVD)是一种较传统而又应用广泛的化学镀膜方法，它将一种或多种化合物气化后，经过一定的化学反应，将所需的材料沉积在基板上，可以沉积单质膜、复合膜。如将有机镍化合物气化分解的Mo(CO)。(六羰基钼)氧化得到MoO。膜，在氢气环境中退火，使薄膜变为Mo—MoO。混合物，从而具有良好的光吸收选择性，同时还有很好的耐热性，可以在高温环境下应用。此外，还有研究者用CVD法制备成W-A120。、Si3N。/Si—Ge/Ag、W— WO：薄膜;利用PVD(物理气相沉积法)与等离子体增强的CVD技术相结合(即PVD/PECVD)制备了多种光吸收薄膜，例如a—C：H/NM(NM—Cu，Ag， Au)和a-C：H/TM(TM—W，Cr，Ti)薄膜等。

　　真空镀膜法是指利用真空蒸发和磁控溅射沉积单层或多层复合膜。如利用真空蒸发沉积Cr、Ni、 Mo—A1。0。、PbS等薄膜;利用磁控溅射沉积Al。O。一 Mo—A1203-Si02、金属(Cr、Fe、Mo、Ni、Ta、W)碳化物、A1203一A1FeCu—A1203、Al—N、Ni—NiO。等薄膜。另外利用射频溅射的方法可以制备Ni—Al。O。、Mo— Al：O。、w—A1：O。、Au—MgO等薄膜。磁控溅射方法具有很高的灵活性，通过改变磁控溅射的靶材料，可制备各种各样的薄膜，从而优化出好的选择性吸收薄膜。采用溅射法制备的薄膜具有很高的耐热性，可用于高温环境。这种方法可以节约材料，而且没有电镀法、电化学法中的废液处理问题，具有环保性，但是其设备价格昂贵，不利于广泛推广。

　　太阳能的高效率利用离不开薄膜技术及涂层技术的发展。薄膜太阳能电池是未来太阳能电池的发展方向，依托化学气相沉积等薄膜制备技术的进步和发展，太阳能电池的制备技术也在不断进步和发展。随着粉末冶金新材料技术的发展，新型选择性涂料得到了应用，涂料型涂层的研制向着环保型的方向发展，太阳能选择性吸收涂层的研究和制备技术也必将获得新的发展。 ——论文作者：郭志猛。杨薇薇。曹慧钦

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