利用陶瓷抛光废料制备MgO-SiO2-Al2O3系多孔陶瓷过滤材料的研究.pdf

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1、第2 7卷 第6期 2 0 0 8年 1 2月 硅 BULLEr r I N 酸 OF T HE 盐 C HI NE S E 通 C ERA MI C 报 S OC I E T Y V o 1 2 7 N o 6 De c e mb e r，2 0 0 8 利用陶瓷抛光废料 制备 Mg O-S i O2 一 A I 2 多子 L 陶瓷过滤材料 的研 究 吴启坚，吴清仁，谢代义，杨媛，邱广林，唐健坤(1 华南理工大学材料科学与工程学院，广州5 1 0 6 4 0；2 华南理工大学特种功能材料教育部重点实验室，广州5 1 0 6 4 0)O3系 摘要：以建筑陶瓷抛光废料为主要原料，通过正交试验优化

2、配方和工艺条件，制备了 M g O-S i O 一 A 1：0 系多孔陶瓷过 滤材料，探讨了工艺参数，特别是烧成温度和保温时间对其物理性能的影响。研究结果表明，在配方组成为抛光废 料5 0、煅烧氧化铝2 2、烧滑石 2 8 和工艺参数为球磨时间2 5 m i n、成型压力7 0 MP a、烧成温度 1 2 5 0 o C、保温时 间2 0 mi n的工艺条件下，可获得以堇青石和少量刚玉为主晶相的 M g O S i O：一 A 1 2 O，系多孔陶瓷过滤材料，其气孔 率、断裂模数、吸水率和体积密度分别为 7 0 0 6、6 8 5 M P a、8 5 2 5 和0 7 2 g c m 。关键词

3、：建筑陶瓷抛光废料；多孔陶瓷过滤材料；气孔率；断裂模数；体积密度 中图分类号：T Q 1 7 4 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 1 1 6 2 5(2 0 0 8)0 6 1 2 4 6-0 7 S t u d y o n Ut i l i z a t i o n o f P o l i s h e d W a s t e o f Bu i l d i n g Ce r a mi c s t o P r e p a r e P o r o u s Ce r a mi c Fi l t e r Ma t e r i a l s i n t h e S y s t e m o f Mg O

4、-S i O2-A1 2 O3 WU Q i-j i a n。，Q 一 r e n ，X I E D a i y i ，Y A NG y u a n ，G u a n g 1 i n ，T A N G 凡 k u n (1 C o l l e g e o fM a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g，S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T ech n o l o g y，G u a n g z h o n 5 1 0 6 4 0，C h i n a；2 K e y L

5、a b o r a t o r y o f Mi n i s tr y o f E d u c a t i o n o fS p e c i al F u n c t i o n al Ma t e rials，S o u t h C h i n a Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，Gu a n g z h o u 51 0 6 4 0，C h i n a)Ab s t r a c t：B a s e d o n t h e p o l i s h e d wa s t e o f b u i l d i n g c e r a mi c s

6、 a s ma i n r a w ma t e r i a l s t h e p o r o u s c e r a mi c fi l t e r ma t e ri a l s i n t h e s y s t e m o f Mg O S i O2-A1 2 O3 h a v e b e e n p r e p a r e d t h r o u g h t h e o r t h o g o n a l t e s t e mp l o y e d t o o p t i mi z e t h e f o r mu l a a n d t h e p r o c e s s c

7、o n d i t i o n s At t h e s a me t i me，t h e i n flu e n c e s o f t h e p r o c e s s i n g p a r a me t e r s，e s p e c i a l l y t h e s i n t e r i n g t e mp e r a t u r e a n d h o l d i n g t i me o n t h e p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f t h e ma t e ri a l s h a v e b e e n d i s

8、c u s s e d T h e r e s u l t s h o w s t h a t i n t h e c o n d i t i o n o f o p t i ma l c o m p o s i t i o n(pol i s h i n g w a s t e o f b u i l d i n g c e r a m i c 5 0 ，c a l c i n e d a l u m i n a 2 2 a n d b u r n i n g t alc 2 8 )a n d p r o c e s s i n g p a r a m e t e rs(m i l l i

9、n g t i m e 2 5 m i n，f o r m i n g p r e s s u r e 7 0 M P a，s i n t e r i n g t e mp e r a t u r e 1 2 5 0 o C a n d h o l d i n g t i m e 2 0 m i n)，t h e p r e p a r e d p o r o u s c e r a m i c fi l t e r m a t e ri a l s i s m a i n l y c o n s t i t u t e d b y c o r d i e r i t e a n d a s

10、p o t o f c o r u n d u m，a n d t h e p r o p e r t i e s o f p o r o u s c e r a mi c fi l t e r ma t e r i als i n t h e s y s t e m o f Mg O-S i O 2 一 A1 2 O 3 w e r e o b t a i n e d w h o s e r e l a t i v e p ara me t e rs a r e p o r o s i t y 7 0 0 6 ，r u p t u r e mo d u l u s 6 8 5 MP a，wa

11、 t e r a b s o r p t i o n 8 5 2 5 ，a n d b u l k d e n s i t y 0 7 2 c m Ke y wo r d s：p o l i s h e d w a s t e o f b u i l d i n g c e r a mi c s；p o r o u s c e r a mi c fi l t e r ma t e ri a l s；p o r o s i t y；r u p t u r e mo d u l u s；b u l k d e n s i t y 基 金项 目：广东省科技计划项 目(2 0 0 5 A 3 0 3

12、0 1 0 0 1)；广州市科技计划项 目(2 0 0 4 C 1 3 G 0 2 3 1)作者简介：吴启坚(1 9 8 3-)，男，硕士研究生 主要从事高性能新型材料与节能技术的研究 通讯作者：吴清仁 E m a i l：q r w u s c u t e d u c n 第 6 期 吴启坚等：利用陶瓷抛光废料制备 M g O S i O 2 一 A 1 O，系多孔陶瓷过滤材料的研究 1 2 4 7 1 引 言 我国建筑陶瓷产量已超过 5 0 X 1 0 m ，连续多年居世界第一，而生产过程中产生的抛光废料每年达 5 0 0万吨以上，既占用土地，又污染生态环境。因此建筑陶瓷抛光废料的资源化综

13、合利用成为建筑陶瓷生产 厂家和陶瓷科技工作者共同关注的热点问题 并列入粤港关键领域重点突破招标项 目中环保与清洁生产关 键技术之一 l。目前，已有利用建筑陶瓷抛光废料制造多孑 L 保温陶瓷砖 的报道，但尚未见利用其来制备 多孔陶瓷过滤材料。多孔陶瓷过滤材料具有过滤精度高、洁净状态好及易清洗、寿命长等优点，已在石油、化工、制药、食品、环保和水处理等领域的污染处理、精密过滤中得到广泛应用。本研究以建筑陶瓷抛光废料为主要原料，并添加适量的煅烧氧化铝和烧滑石，制备出气孔率和断裂模数较高、气孔为三维连通气孔的 M g O S iO 一 A I O，系多孔陶瓷过滤材料，并探讨配方组成和工艺参数对其性能的影

14、响。资源化综合利用建筑陶瓷抛光废料，既 可克服传统多孔陶瓷过滤材料成本高的问题，又减少 了天然粘土性原料的用量，同时无需添加发泡剂，为多 孔陶瓷过滤材料的制造提供一条工艺过程简单、生产成本较低的技术路线 J。2 实 验 2 1 原料 实验采用佛山某建 陶公司的陶瓷抛光废料、烧滑石和煅烧氧化铝为原料，各种原料的化学成分分析见表 1，分别使用三聚磷酸钠和羧甲基纤维素钠(C M C)作为分散剂和增塑剂。表 1 原料的化学成分 Ta b 1 Th e c h e mi c a l c o mp o s i t i o n o f r a w ma t e r i a l s wt 2 2多孔陶瓷过滤材

15、料的制备 根据实验配方称取各种原料，外加 0 5 的三聚磷酸钠和 0 1 的羧 甲基纤维素钠，球磨一定时间(料：球：水=1：1 5：2)混合均匀，经干燥脱水和过筛造粒后，以适当的压力半干压成型，然后以图1 所示的烧成曲 线在高温电炉中烧成试验样品。t min 图 1 烧成 曲线 F i g 1 T h e s i n t e r i n g c u r v e 图2 抛光废料对体积密度的影响 F i g 2 T h e i n flu e n c e o f p o l i s h e d w a s t e o i l b u l k d e n s i t y 2 3 正交实验设计 为了得

16、到性能较好的多孔陶瓷过滤材料，需要对其配方和工艺参数等主要因素进行分析。首先将烧滑 石、陶瓷抛光废料和煅烧氧化铝含量作为因素考察对体积密度的影响；在确定配方后，以球磨时间、成型压 目 嚣，一 8咕营 1 2 4 8 试验与技术 硅 酸 盐 通 报 第 2 7卷 力、烧成温度和保温时间作为因素考察其对气孔率和断裂模数的影响。采用正交表 L (3 )设计试验。各因 素和水平值见表 2和表 3。表2 配方组成因素水平表 Tab 2 Th e f a c t o r a nd l e v e l t abl e o f f or mul a L e v e l !望 竺!竺!B a l l mi ll

17、 i n g t i me Ami n F o r mi n g p r e s s u r e B MP a Fi r i n g t e mp e r a t u r e C C Ho l d i n g t i me D mi n 2 4 物理性能测试 根据阿基米德原理静力称重法测试了样品的吸水率、气孑 L 率、显气孑 L 率、体积密度和真密度；采用二点抗 弯法，在 C M T系列电子万能试验机上测试试样的断裂模数；所制备的样品的物相通过 P h il i p s P W1 8 3 0 X R D 粉末衍射仪分析，C u靶(K s，A=0 1 5 4 0 6 n m)，扫描角度为 1 0

18、 7 0。；试样显微结构则采用上海光学仪器六厂 生产的型号为 X T Z-E的体视显微图像显示系统进行分析。3 结果与讨论 3 1 配方组成对体积密度的影响 由于在烧结过程中堇青石的析晶和快速生长，物料中形成网状结构使烧结致密化过程受阻，这样有利于 气孔的形成 J，因此要求烧结过程中得到尽可能多的堇青石晶体，且配方中的化学组成与堇青石的化学计 量比(S i O ：A 1 O 3：Mg O=5 1 3 6：3 4 8 6 ：1 3 7 8)接近，这样 才能得到体积密度较低 的试样。Mg O-A 1 O，-S i O：系统相图如图所示，在堇青石化学计量点附近可得到较纯净 的堇青石晶体，因此，通过调

19、节配方 中S i O 、A 1 O 和 M g O三组分的比例，使之较好的符合堇青石的化学计量比，可获得较低体积密度的多孔陶 瓷过滤材料。配方组成 的正交试验结果见表 4。从表 4可见，影响试样体积密度 的各因素极差大小顺序依次为：B A C，抛光废料含量对体积密度的影响最显著。在 一定温度范围内，随着抛光废料含量的增加，试样体积 密度呈直线下降。这是由于抛光废料中含有一定的成 孔性物质，试样中抛光废料 的含量越多意味着成孔性 物质越多，烧成过程产生的气孑 L 也越多，试样的结构就 越疏松，体积密度越低，这对于材料过滤性能的提高是 有利 的。同时，煅烧氧化铝和烧滑石 的含量对试样 的 F i

20、g 3 体积密度也有影响。高温下它们之间的相互作用可以 图3 M g O A I 2 O 3 一 S i O 2 系统相图 P h a s e d i a g r a m o f Mg O-A1 2 03-S i O2 s y s t e m 调节试样的烧成温度和高温粘度，使材料 中出现较多以三维连通形式存在的气孔，降低材料的体积密度；并 且可以促进试样的烧结，在一定程度上也有助于提高材料的结合强度。第6期 吴启坚等：利用陶瓷抛光废料制备 Mg O S i O -A 1 0 系多孔陶瓷过滤材料的研究 1 2 4 9 0 9 8 0 8 9 0 8 1 O 9 6 O 8 5 O 7 3 O 7

21、 8 0 7l 0 6 9 Av e r a g e v a l u e 0 8 2 3 2 工艺参数对气孔率和断裂模数的影响 工艺参数的优化正交试验结果见表 5。由表 5的计算结果可见，影响气孔率和断裂模数的各因素极差 大小顺序依次为：C D A B。即烧成温度对气孔率和断裂模数的影响最为显著，其次为保温时间和球磨 时间，成型压力所占权重最小。由表 5 确定最优工艺参数为：球磨时间 2 5 m in，成型压力7 0 M P a，烧成温度 1 2 5 0 o C，保温时间 2 0 m i n。表5 工艺因素对试样气孔率和断裂模数的影响 T a b 5 T h e e ffe c t o f t

22、 ech n o l o g i c a l f a c t o r s O i l p o r o s i t y a n d fle x u r a l s t r e n g t h o f s a mp l e s 3 2。1 烧成温度对气孔率和断裂模数的影响 图4 a 为烧成温度对多孔陶瓷过滤材料气孔率和断裂模数的影响。由图4 a 和表 5可见，随着烧成温度 升高，试样的气孑 L 率急剧增大，且断裂模数在 1 2 5 0 o C 时出现最大值。当烧成温度为 1 2 5 0时，试样的气孔 率为 6 1 0 4，断裂模数为6 2 3 M P a。这是因为较低温度下，作为助熔剂的烧滑石还未

23、完全熔融而占据部分 的气孔空隙，此时试样中气孔率和断裂模数都比较低；随着烧成温度提高，熔融的熔剂扩散到颗粒的表面，一 加 掩加 肼 O 0 O O 加 如 加 卯 加 4 4 4 6 6 6 8 8 8 乃 u 2 2 2 2 2 2 2 2 2 (K K K 1 2 5 0 试验与技术 硅 酸 盐 通 报 第2 7卷 方面留出其所占据的空间，增多的空隙使试样的气孔率增大，同时部分气孔相互作用形成三维相通的气孔；另一方面颗粒间接触面积进一步增大，从而使颗粒间结合强度增大，从而试样的宏观断裂模数必然增大。当 烧成温度高于 1 2 5 0时，陶瓷抛光废料中含有的成孔性物质急剧气化并挥发，致使试样中

24、气孔大量产生、合 并且不断增大，气孔率急剧增加。由于气孑 L 的合并增大使试样外界承受载荷的横截面积减少，部分大的连通 三维气孔产生了应力集中，因而试样的断裂模数急剧下降。此外，试样在烧结的过程中，由于无机盐和有机物等成孔性物质的分解，试样内部出现许多微小的气孔 并存在于颗粒之间，这样使得颗粒的弯曲表面上由于表面张力的作用而造成了一定的压力差为：AP=2 y r (1)其中 2 一 颗粒表面张力；I-颗粒球形半径。随着烧结的进行，高温下无机盐和有机物等成孔性物质的分解程度逐渐加强，气孑 L 不断产生，气孔内的 气压也随着增高。当气压增加至2 y r 时，气孔内的气压等于烧结的推动力，此时烧结趋

25、于停止，虽然这时形 成的气孑 L 大小不是很均匀，但其在试样中的分布却较为均匀，同时气孑 L 之间有向三维连通气孔转变的趋势。如果温度继续升高，气孔内气压大于2 y r，这时气孔内的气体开始膨胀，气孔开始逐渐增大。随着气孔的逐 步膨胀，气孔开裂并与周围的气孔群相互连通，三维气孔开始形成。此时如果适 当控制好升温速度和保温时 间，可以促使试样中产生连通性好的三维气孔结构，这对于多孔陶瓷过滤材料过滤性能和断裂模数的提高是 十分有利的。但此时如果对升温速度不加以控制或继续升温，气孔内的压力在瞬时间急剧增大，气孑 L 迅速膨 胀并与周围的气孔群融合在一起形成大气孔。这不仅不利于三维连通气孑 L 的形成

26、，也极大降低了材料的断 裂模数。3 2 2 保温时间对气孔率和断裂模数的影响 控制保温时间是获得具有良好性能多孔陶瓷过滤材料的重要因素。图4 b 是试样在不同保温时问下的 气孔率和断裂模数 曲线图。由图 4 b可知，保温时间的延长降低了试样气孔率。保温时间为 2 0 m i n时，气孔 率出现最小值；保温时间大于2 0 m in时，气孔率急剧增加，而断裂模数急速下降。在高温阶段对试样进行适 当的保温，一方面助熔剂能充分形成液相并浸润、包敷在颗粒表面，进一步分散于颗粒之间，颗粒完全地浸入 液相中并释放出一部分气体，减少了材料的气孔率，从而提高试样的断裂模数；另一方面适当地延长保温时 间，当高温下

27、气孔中气体压力大于2 y r 时，气孔中压力的逐渐增大，促使气孔逐步膨胀开裂，与周围气孔群 形成三维连通气孔结构，并均匀分布于试样之中，提高材料的断裂模数。同时，适当地延长保温时间，颗粒问 由于作用力增强而粘结得更加牢固，试样的断裂模数更高。但是，如果保温时间过长，试样中气孔的压力迅 速增大，试样气孔率的急剧上升导致断裂模数急速下降。4 工艺参数对试样气孔率和断裂模数的影响 F i g 4 T h e i n fl u e n c e o f p r o c e s s i n g p a r a me t e r s 0 1 1 p o r o s i t y a n d r u p t u

28、 r e mo d u l u s o f s a mp l e s 3 2 3 球磨时间对气孔率和断裂模数 的影响 球磨时间不同，原料的粒径和颗粒级配将发生改变，从而影响试样的气孔率和断裂模数。球磨时间对试 样气孑 L 率和断裂模数的影响见图4 c。如图4 c 所示，随着球磨时间延长，气孔率呈上升趋势；而断裂模数在 球磨时间为2 5 m in时出现最大值，之后出现下降趋势。由于气孔率和断裂模数的大小与颗粒大小无关，只 第 6期 吴启坚等：利用陶瓷抛光废料制备 Mg O S i O：一 A I 0，系多孔陶瓷过滤材料的研究 1 2 5 1 与颗粒的堆积状态有关 ，研究表明：粒度分布越窄，烧成后

29、的多孔体孔径愈均匀，气孔率亦愈高。同时，由公式(2)lo j 可知，颗粒间结合的颈部长与粒度的3 5 次方成反比，随着球磨时间的增加，颗粒堆积得越来 越紧密，颗粒间的结合越牢固，断裂模数就越大。x r：(1 6 0 y g 2 D k T)-3 5 t (2)其中 X-两个球形颗粒接触面颈部中心的曲率半径；r 一 原料颗粒的起始粒度；一 表示表面张力；一 空位 体积；D 一自扩散系数；一 波尔兹曼常数；一 温度；t-时问。3 2 3 成型压力对气孔率和断裂模数的影响 成型压力对试样气孔率和断裂模数的影响见图4 d。由图4 d 可知，随着成型压力的增大，烧结后试样的 气孑 L 率是先降后升，当成

30、型压力为7 0 M P a 时气孔率出现最小值。而烧结后试样的断裂模数却是先增后降，当成型压力为7 0 M P a 时断裂模数出现最大值。这说明在适当的成型压力下，不仅可以增加坯体中颗粒问的 接触面积，提高传热和传质的速度，促进坯体烧结，降低烧结后试样的气孔率；而且可以减少坯体中的空气含 量，降低坯体中有机物的氧化程度，增大坯体的结合强度，从而提高烧结后试样的断裂模数。3 3 多孔陶瓷过滤材料显微结构特点 以正交试验所得的优选配方和工艺参数制备多孔 过滤陶瓷材料 样 品 M，并对该样 品进行 X R D测试分 析，如图5 所示，其主晶相为堇青石(有少量印度石相 存在)，并含有小部分 的刚玉相。

31、堇青石 主晶相 的存 在有利于提高样品的气孑 L 率并降低其体积密度。同 时，刚玉相具有较高的硬度和结合强度，少量的刚玉相 均匀存在有助于提高多孑 L 陶瓷过滤材料内部网络结合 力，从而提高其断裂模数。样品 M的断面形貌如图 6所示。由图 6可知，样 品 M所形成的气孔较多，主要为开 口气孔，大部分气 孑 L 为三维连通气孔，且气孔与气孔之间的整体连通性 比较强。这对 于提高多孔陶瓷过滤材料 的过滤性 能十 分有利。但样 品 M 中气孑 L 的形状不规则，大小也不均 匀，大部分的气孔 肉眼就能观察到，大气孔的直径甚至 在 0 5 mm以上。这是由于配方中陶瓷抛光废料所含 的成孔性物质(有机物和

32、无机盐)的组分不 同，导致样 品中产生的气孔形状不规则，大小也不均匀。3 4 优化配方和工艺参数条件下制备的样品性能 所测得的优选配方和工艺参数下制备的样品 M 的气孔率、体积密度、吸水率和断裂模数等性能如表 6 所示，比较表 6与表 4、表 5，可见样品 M的性能最好。口 -Co r d i e r i t -C o r u n d u m 1 n d i a li te 图5 样品 M的x射线粉末衍射图 F i g 5 XRD p a t t e r n o f s a mp l e M 一 图6 样品 M的体式显微镜照片 F i g 6 Mi c r o p h o t o g r a

33、p h o f s a mp l e M 表 6 样品 M 的性 能 Ta b 6 Pe r f or m a nc e o f s a mpl e M 4 结 论(1)采用建筑 陶瓷抛光废料为主要原料，添加煅烧 氧化铝和烧滑石制备 Mg O S i O 一 A 1 0 系多孔陶瓷过 1 2 5 2 试验与技术 硅 酸 盐 通 报 第 2 7卷 滤材料是可行的，建筑陶瓷抛光废料在其配方 中的含量可达到 5 0。(2)控制配方中各原料的化学组成使之与堇青石的化学计量 比(S i O ：A 1 0，：Mg O=5 1 3 6：3 4 8 6 ：1 3 7 8)接近，有利于降低 M g O S i

34、O。一 A 1：0 系多孑 L 陶瓷过滤材料的体积密度。(3)影响多孔陶瓷过滤材料气孔率和断裂模数的工艺因素主次顺序依次为：烧成温度 保温时间 球 磨时间 成型压力；控制和调节好烧成温度，选择适当的保温时间，有利于产生三维连通 的气孑 L，从而提高多 孔陶瓷过滤材料的气孑 L 率和断裂模数。(4)通过正交试验优化，在建筑陶瓷抛光废料5 0、煅烧氧化铝2 2、烧滑石2 8 和工艺参数为球磨时 间2 5 m i n、成型压力7 0 M P a、烧成温度 1 2 5 0和保温时间2 0 ra i n 条件下，可获得气孔率为7 0 0 6、断裂模 数为6 8 5 M P a 和体积密度为0 7 2 g

35、 c m 的M g O S i O 一 A 1：0 3 系多孔陶瓷过滤材料。参考文献 罗民华 多孔陶瓷实用技术 M 北京：中国建材工业出版社，2 0 0 6，2 6 6-2 6 6 谢代义，吴清仁，杨媛，等 陶瓷抛光废料对多孔陶瓷轻质砖性能吉结构影响的研究 j 中国陶瓷，2 0 0 8，4 4(1)：2 6-2 9 刘珩，安黛宗，萧劲东 多孔陶瓷的制备和应用研究进展 J 苏州陶瓷，2 0 0 3，3 6(4)：1 O 一 1 2 王苏新 多孔 陶瓷的制备方法及用途 J 苏州陶瓷，2 0 0 2，3 5(4)：2 6-2 8 吴庆祝，薛友祥，盂宪谦，等 堇青石质多孔陶瓷高温过滤材料的研究 J 现

36、代技术陶瓷，2 0 0 3，9 8(4)：9 l 2 李清涛，吴清仁，缪松兰，等 利用建陶污泥烧制多孑 L 陶瓷材料试验研究 J 材料科学与工艺，2 0 0 7，1 5(4)：5 3 1-5 3 3 蔡舒，李金有，单丹，等 堇青石粉末合成及其烧结特性的研究 J 硅酸盐通报，2 0 0 4，(5)：8 3-8 5 周健儿，张小珍，李家科，等 透气过滤用堇青石蜂窝陶瓷材料 的研究 J 中国陶瓷，2 0 0 6，4 2(2)：3-7 吴道政，周竹发 微米多孑 L A l 2 O 3 的研制 J 苏州陶瓷，1 9 9 9，1 5(3)：2 3-2 6 陆佩文 无机材料科学基础 M 武汉：武汉理工大学出

37、版社，1 9 9 8，2 8 4-2 9 2 信 息 新型太阳电池涂层可以提高电池的光捕获能力 美国伦斯勒理工学院(R e n s s e l a e r P o l y t e c h n i c I n s t i t u t e，R P I)的研究人员开发了一种新的太 阳电池涂层，可以克服太阳电池发展面临的两大障碍。研究人员通过研发一种新的抗反射层(a n t i r e fl e c t i v e c o a t i n g)来提 高太阳能电池板的13 光捕获量。依靠这种抗反射层，太阳电池板几乎可以吸收来自任何角度的整个太阳光 谱的光线，研究团队正在和企业合作来进一步实现高效率、低成

38、本太阳发电。没有采用这种特殊反射层的硅基太阳电池只能吸收 6 7 4 的太阳光照射，也就是说，将近 1 3的光照 没有捕获到。从经济和效率前景看，这也是阻碍太阳电池发展和广泛采用的主要障碍之一。伦斯勒理工学院教授 S h a w n Y u L i n利用新的纳米反射层处理硅表面，这种材料可以吸收 9 6 2 1 的光 照，几乎可以吸收整个 日 光光谱，从紫外线到可见光和红外线。基于这点优势，可以说这项技术能够提供一 种新的固定式、更低成本太阳能发电阵列。此外，这种反射层也能够处理日光入射角度的问题。典型的抗反射层一般是传输一个特定长度的光。L i n研发的涂层由 7层组成，每层 的厚度大约在 5 O一 1 0 0纳米，由二氧化硅和二氧化钛纳米棒以一定的倾斜角度组成，纳米棒是通过化学蒸汽沉积技术覆与硅衬 底上的。这样就可以捕获任何角度的日 光来增强涂层的抗反射属性。也就是说，每一层不仅可以传输 13 光，也可以帮助捕获光。L i n 强调，这种新涂层几乎能够附于任何用于太阳电池的光伏材料上，包括 I I I V多结 和碲化。1 1j 1 jJ n m