Skip to main content
SUPERVISOR
Fakhreddin Ashrafizadeh
سيدفخرالدين اشرفي زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mari Bari
مريم باقري

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.
چکيده سطح جاذب يکي از مهم ترين بخش هاي کلکتورهاي خورشيدي است. اين سطح بايد خواص منتخب جذب بالا در ناحيه طيف خورشيدي و نشر پايين در ناحيه مادون قرمز داشته باشند. هدف از اين پژوهش بهينه سازي خواص نوري سطوح جاذب ايجاد شده به روش آندايزينگ آلومينيوم است. اثر عواملي شامل ضخامت پوشش، زمان و ولتاژ رنگ کاري و همچنين فرايندهايي مانند عمليات حرارتي، زينکاته، منظم سازي حفرات پوشش و آندايزينگ چند مرحله اي بر خواص نوري پوشش مورد بررسي قرار گرفت. سطوح جاذب با پوشش دهي در حمام هاي اسيد سولفوريک و اسيد فسفريک و سپس پيگمنت نشاني در حمام هاي نيکل و مس تهيه شدند و شرايط بهينه براي ايجاد سطوح سياه تعيين شد. پوشش ايجاد شده در اسيد فسفريک ضخامت کمتر و خواص نوري منتخب (جذب 9733/0 و نشر 2539/0) بهتري نسبت به پوشش ايجاد شده در اسيد سولفوريک نشان داد. براي بررسي ساختار پوشش ها وتعيين ضخامت آن ها از تصاوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) و ميکروسکوپ نوري استفاده شد. در شرايط رنگ کاري 5 دقيقه و ولتاژ 12 ولت بهترين خواص نوري (بيشترين نسبت نشر/جذب) به دست آمد. اثر عمليات حرارتي بر خواص نوري قبل از پوشش دهي و همچنين پس از فرايند رنگ کاري بررسي شد. بدين منظور زيرلايه آلومينيومي به‌مدت 3 ساعت در دماي 400 درجه سانتي‌گراد و نمونه هاي پوشش دهي شده، به‌مدت 1 ساعت در دماهاي 400، 500 و 600 درجه سانتي‌گراد در کوره قرار داده شدند. براي بررسي اثر عمليات حرارتي بر ساختار پوشش، الگوي پراش پرتو ايکس (XRD) از نمونه ها تهيه شد. آنيل زيرلايه آلومينيومي بدون تأثير در مقدار جذب پوشش، باعث افزايش نشر مي شود. عمليات حرارتي پس از رنگ کاري نيز جذب پوشش را افزايش داد. مقدار نشر پوشش نيز پس از عمليات حرارتي در دماي 400 درجه سانتي‌گراد افزايش و در دماهاي 500 و 600 درجه کاهش يافت. فرايند زينکاته با غوطه ور کردن نمونه ها به‌مدت 30 ثانيه در محلول زينکاته انجام شد. براي ارزيابي اين پوشش طيف نگار تفکيک انرژي (EDS) و تصاوير SEM تهيه شدند. نتايج نشان داد فرايند زينکاته در هر دو حالت قبل و بعد از رنگ کاري، باعث کاهش جذب و نشر پوشش مي شود. براي منظم سازي حفرات، پوشش حاصل از مرحله اول آندايزينگ در محلول 6 درصد وزني اسيد فسفريک و 8/1 درصد وزني اکسيدکروم (Cr 2 O 3 ) حذف گرديد و مجدداً فرايند پوشش دهي انجام شد. بررسي ها نشان داد منظم شدن حفرات باعث کاهش قابل توجه مقدار نشر مي شود. در فرايند آندايزينگ چند مرحله اي، بين هر دو مرحله آندايزينگ، يک مرحله عريض سازي قطر حفرات در محلول اسيد فسفريک 5 درصد حجمي در دماي 30 درجه سانتي‌گراد صورت گرفت. نتايج نشان داد آندايزينگ دو مرحله اي جذب و نشر پوشش را افزايش مي دهد و آندايزينگ سه مرحله اي در پوشش هاي با ضخامت کم باعث کاهش نشر مي شود. کلمات کليدي: آندايزينگ، پيگمنت نشاني، سطح جاذب منتخب، ضريب جذب، ضريب نشر، لايه اکسيد آندي.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی