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摘 要

钙钛矿型氧化物Sm_0.5Sr_0.5CoO₃(SSC5)具有良好的光谱选择性吸收性能以及优异的抗高温氧化性能，因此可以作为未来高温工作环境下太阳能热发电系统的光热转换材料。但单纯的SSC5抗热冲击性能差，因此从自然贝壳的高韧结构出发，以SSC5为原料构筑仿贝壳结构层状复合材料以提高其抗热震性能。

本文通过有机溶剂流延法制备不同厚度的SSC5陶瓷薄膜，用圆规刀划出大小相同的圆片烧结得到SSC5片状组装单元，以其为刚性层，高温导热无机胶为韧性层交替层叠得到层状复合材料。通过对层状结构施加一定压力排出多余无机胶，控制韧性层厚度。研究不同厚度组装结构样品的光学与抗热震性能，优化最佳强度式样组装工艺。结果表明。通过仿生设计，SSC5陶瓷的吸收率及抗热震性能均得到了提高。

关键词：SSC5 流延法 仿生贝壳 抗热震

Construction and Performance Study of SSC5-based Ceramic Bionic Thermal Shock Resistant Structure

Abstract

Sm_0.5Sr_0.5CoO₃(SSC5) is a perovskite-type oxides with good spectral selective absorption properties and excellent oxidation resistance at high temperature, it can be used as a photothermal conversion material for solar thermal power generation system in future high temperature working environment. However, the thermal shock resistance of single SSC5 is poor, so we refer to the high toughness structure of natural nacre to constract nacre-like layered composite material with SSC5 to improve its thermal shock resistance.

In this paper, we use gel tape casting to prepare different thickness SSC5 ceramic films. Use circular cutter to draw out the same size discs and obtained SSC5 falke assembly units after sintering. Then put SSC5 (rigid layer) and high temperature thermal conductive inorganic adhesive (tough layer) alternately overlap to prepare layered composites. Residual inorganic adhesives are discharged by applying certain pressure to the layered structure to control the thickness of the tough layer. Study the optical and thermal shock resistance of samples with different thickness to optimize the assembly process of strength pattern. The results show that the absorption and thermal shock resistance of SSC5 ceramics are improved by bionic design.

Key words：SSC5; tape casting; nacre-like; thermal shock resistance

目录

摘要 I

Abstract II

目录 I

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 SSC5基陶瓷材料研究 1

1.3 贝壳结构 3

1.4 贝壳珍珠层的断裂机制和增韧机理 4

1.4.1 文石片拔出 5

1.4.2 裂纹偏转 6

1.5 仿生结构制备研究进展 7

1.6 研究方法 10

第二章 实验部分 11

2.1 实验目的 11

2.2 实验原料及仪器设备 11

2.3 实验方法 12

2.3.1 流延浆料前驱粉体的制备 12

2.3.2 SSC5陶瓷片的制备 13

2.3.3 仿生贝壳结构构筑 14

2.4 性能测试 14

2.4.1 光学性能分析 14

2.4.2 表观结构形貌分析 15

2.4.3 傅里叶变换红外光谱分析 15

2.4.4 红外发射率分析 15

第三章 实验结果与分析 16

3.1 SSC5片状组装单元表面形貌分析 16

3.2 SSC5仿生贝壳结构断面形貌分析 17

3.3 SSC5仿生贝壳结构增韧机理分析 19

3.4 SSC5及其仿生结构反射率分析 19

3.5 SSC5及其仿生结构抗热震性能分析 21

第四章 结论与展望 22

4.1 结论 22

4.2 展望 22

参考文献 24

致谢 27

第一章 绪论

1.1 引言

在当今世界，我们所使用能源主要来源都是石油，而地球上的石油储量是有限的。随着能源需求量日益增多，在缺乏新能源的条件下，人类只能不断开采石油，由此引发了许多严重的后果如环境污染等。而在众多可供开发的新型能源中，太阳能是目前地球上储量最为丰富的环境友好型可再生能源，因此，将太阳能转换为电能或热能，可能是解决能源危机的最终手段^[1]。

在太阳能热发电系统的众多组件中，光热转换材料尤为重要，系统的效率、稳定性和制造成本与它的性能直接相关^[2]。理想的光热转换材料又称为选择性吸收材料，它能够全部吸收太阳光谱高能区的能量并转化为热能，且对外界无热辐射损失^[3]。而由卡诺效应得，太阳能热发电系统的效率与其工作温度成正比，由此可预测未来系统工作温度将会进一步提高，因此开发适应其新工作环境的选择性吸收材料十分迫切。

材料的抗热震性又称为抗热冲击性能，俗称热稳定性，是一种用来评价材料抗破损能力的重要指标。当材料及其制品在一定时间内工作环境温度发生剧烈变化时，材料内部会产生一个温度梯度，而由于温度不均使材料的膨胀或收缩受到抑制而产生的热应力超过材料本身的强度极限时，就会产生开裂甚至破坏等现象。太阳能热发电系统工作时间主要在白天，而由于昼夜交替必然会产生一个较大的温差，在这种环境条件下，系统各组件的抗热震性能就显得尤为重要。而光热转换材料作为整个系统的关键之一，若发生热震损伤，将会大大影响系统效率及寿命，因此选择性吸收材料在具有良好的抗高温性能的同时也必须有较好的抗热震性。

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