Skip to main content
SUPERVISOR
Fakhreddin Ashrafizadeh
سیدفخرالدین اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mari Bari
مریم باقری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Optimization of Optical Properties of Anodizing of Aluminum Impregnated with Nanoparticles for Solar Absorber Coatings
Solar absorber is one of the important parts in a solar collector with a surface that must have high absorbance in the visible and near-infrared regions and low emission in the infrared region. The purpose of this study was to optimize the optical properties of anodizing of aluminum impregnated with nanoparticles for solar absorber coatings. The effects of key factors such as coating thickness, time and voltage of coloring process as well as the influence of heat treatment, zincating, ordering of the coating pores and multi-step anodizing was evaluated. Absorbing surfaces were prepared by anodizing in sulfuric and phosphoric acid followed by a black coloration process using Ni and Cu based baths and optimal conditions were selected. Coatings formed in phosphoric acid had less thickness and better selective optical properties (absorbance 0.9733 and emission 0.2539) than coatings in sulfuric acid. Scanning electron microscope (SEM) and optical microscope were employed for evaluation of structure and thickness of coatings. Optimal condition obtained at 12 V and 5 min for coloring. Effect of heat treatment on optical properties was investigated. To this end, aluminum substrate was annealed at 400 ?C in a furnace for 3 hour and as-coated samples were annealed at 400, 500 and 600 ?C for 1 hour. X-ray diffraction (XRD) was used for evaluating the effects of heat treatment on coating structure. Substrate annealing increased emission with no change in the value of absorbance. Heat treatment after coloring increased absorbance of the coating. Also emission was increased by annealing at 400 ?C but decreased after 500 and 600 ?C annealing. Zincate treatment was used by immersion in zincate solution for 30 seconds; results of energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis and SEM images showed that zincate treatment before and after coloring decreased absorbance and emission of coatings. For ordering the pores, the layer created in one step anodization was removed by a mixture of H3PO4 (6 wt %) and Cr2O3 (1.8 wt %) and anodizing was carried out, again. Experimental findings showed that ordering of the pores decreased emission. In multi-step anodization, between the two stages of anodizing, the pores have been widened by 5 vol % phosphoric acid solution at 30 ?C. The results indicated that two-step anodization increased absorbance and emission and three-step process for low thickness coatings decreased emission.
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 به‌مدت 3 ساعت در دمای 400 درجه سانتی‌گراد و نمونه های پوشش دهی شده، به‌مدت 1 ساعت در دماهای 400، 500 و 600 درجه سانتی‌گراد 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 سانتی‌گراد افزایش و در دماهای 500 و 600 درجه کاهش یافت. فرایند زینکاته با غوطه ور کردن نمونه ها به‌مدت 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 (Cr 2 O 3 ) 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 سانتی‌گراد 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. کلمات کلیدی: آندایزینگ، پیگمنت نشانی، سطح جاذب منتخب، ضریب جذب، ضریب نشر، لایه اکسید آندی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی