研究目的
研究金纳米层涂层对纯铝表面连续波激光烧蚀的影响,重点关注均匀微/纳结构的形成及其结构与光学特性,潜在应用于选择性太阳能吸收器。
研究成果
研究表明,金纳米层涂层能有效控制热分布,并使低功率连续波CO?激光照射在铝表面形成均匀的微/纳结构。采用40纳米金涂层时效果最佳,可获得高吸收率(0.98)、低发射率(0.13)及高ξ因子(7.53),适用于选择性太阳能吸收器。该方法具有创新性、快速、环保且成本效益高的特点,适用于表面改性。
研究不足
该研究在实验室环境中进行,与受控环境相比可能影响结果。使用特定激光功率和波长限制了普适性。金涂层厚度仅限于15、30和40纳米,且该方法可能不适用于大面积扩展。潜在优化方向包括探索其他涂层材料或激光参数。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用连续波CO?激光照射镀有不同厚度(15、30、40纳米)金纳米层的纯铝样品以形成微纳结构。激光工作参数为130瓦功率、10.6微米波长,聚焦时光束直径约10微米。金涂层采用磁控溅射法制备,通过火焰法施加炭黑层以增强激光吸收。样品表面多点在空气中进行3分钟辐照。
2:40纳米)金纳米层的纯铝样品以形成微纳结构。激光工作参数为130瓦功率、6微米波长,聚焦时光束直径约10微米。金涂层采用磁控溅射法制备,通过火焰法施加炭黑层以增强激光吸收。样品表面多点在空气中进行3分钟辐照。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:商用纯铝板(Al-1050)切割成12×12×4毫米试样,经1500目碳化硅砂纸机械抛光后,用丙酮和乙醇在超声浴中清洗。镀覆99.99%高纯度金层并控制厚度。
3:99%高纯度金层并控制厚度。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括CO?激光器、磁控溅射仪(Cool Sputter Coater, SCD 005, BAL-TEC)、扫描电镜与能谱仪(Philips-XL30)、X射线衍射仪(Asenware-AW-XDM300)、模块化分光光度计(Avantes配Avaspec 3648光谱仪及Avalight DHS光源)、傅里叶变换红外光谱仪(Jasco 680 PLUS型),以及丙酮、乙醇、碳化硅砂纸、金涂层和碳涂层等材料。
4:0)、X射线衍射仪(Asenware-AW-XDM300)、??榛止夤舛燃疲ˋvantes配Avaspec 3648光谱仪及Avalight DHS光源)、傅里叶变换红外光谱仪(Jasco 680 PLUS型),以及丙酮、乙醇、碳化硅砂纸、金涂层和碳涂层等材料。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:样品制备依次经过抛光、清洗、磁控溅射镀金、施加炭黑层、激光辐照、冷却及再清洗,随后进行表征分析。表征手段包括:扫描电镜与能谱仪分析形貌与成分,X射线衍射仪进行结构分析,分光光度计测定光学吸收/反射特性,傅里叶变换红外光谱仪研究红外性能。
5:数据分析方法:
采用AvaSoft 8软件和MATLAB处理分光光度计与红外光谱数据,计算吸收系数、发射系数及ξ因子;通过X射线衍射图谱分析峰位偏移与强度变化。
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获取完整内容-
Modular spectrophotometer
Avaspec 3648
Avantes
Used to measure absorption and reflection spectra of samples.
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Fourier transform infrared spectrometer
680 PLUS
Jasco
Used to measure optical features in the infrared range.
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CO2 laser
Used for continuous-wave laser irradiation of samples to form micro/nanostructures.
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Magnetron sputter coater
SCD 005
BAL-TEC
Used to coat thin films of pure gold on aluminum substrates.
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Scanning electron microscope
XL30
Philips
Used to characterize surface morphology of the samples.
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Energy dispersive spectroscopy
Philips
Used to analyze chemical compositions of the samples.
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X-ray diffractometer
AW-XDM300
Asenware
Used for grazing test XRD to study structural evaluation of surface layers.
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Ultrasonic bath
Used for cleaning samples with acetone and ethanol.
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SiC sandpaper
1500 grit
Used for mechanical polishing of aluminum samples.
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