Absorber film deposition by hollow cathode discharge for solar thermal collectors application
-
Gustavo César Pamplona de Sousa
,
Kelly Cristiane Gomes da Silva
Abstract
Selective coatings are produced with high absorption in the ultraviolet/visible range, composed of ilmenite deposited on stainless steel substrates and aluminum substrates, using the cathodic cage plasma nitriding/deposition technique, for application in solar thermal absorbers. Ilmenite was initially characterized by means of X-ray fluorescence, X-ray diffractometry and thermal analysis. The coatings produced were optically characterized in the UV/Vis range, the microstructural evaluation of coatings was by scanning electron microscopy and data on the roughness parameters of the films produced were obtained by optical profilometry. Uniform selective surfaces with high solar absorbance (87 %) were obtained in the ilmenite samples deposited on stainless steel substrate.
-
Author contribution: All the authors have accepted responsibility for the entire content of this submitted manuscript and approved submission.
-
Research funding: None declared.
-
Conflict of interest statement: The authors declare no conflicts of interest regarding this article.
References
1. Sachs, I. A Revolução energética do século XXI. Estud. Avançados 2007, 21, 21–25. https://doi.org/10.1590/s0103-40142007000100004.Suche in Google Scholar
2. Jonas, P., Gazoli, R. Energia solar fotovoltaica - Sistemas conectados à rede elétrica: requisitos para a conexão e proteções; Revista O Setor Elétrico, 2013.Suche in Google Scholar
3. Sade, W. Produção de superfícies seletivas de Ni/NiO para aplicações em coletores solares; Doutorado em Engenharia de Materiais, Universidade Federal de Ouro Preto, Belo Horizonte, 2011.Suche in Google Scholar
4. Medeiros, I. D. M. Obtenção de filmes absorvedores solares a base de cromo: caracterização óptica e morfológica. Doutorado em Engenharia Mecânica, Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica; Universidade Federal da Paraíba: João Pessoa, 2020.Suche in Google Scholar
5. Martins, M. Produção de Superfícies Seletivas por Magnetron Sputtering para Aplicação em Coletores Solares. Mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Programa de Pós Graduação e Pesquisa de Engenharia; COPPE/UFRJ, Universidade Federal do Rio de Janeiro: Rio de Janeiro, 2010.Suche in Google Scholar
6. Sani, E., Mercatelli, L., Jafrancesco, D., Sans, J. L., Sciti, D. Ultra-high temperature ceramics for solar receivers: spectral and high-temperature emittance characterization. J. Eur. Opt. Soc. 2012, 7, 1–5. https://doi.org/10.2971/jeos.2012.12052.Suche in Google Scholar
7. Incropera, F. P. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa, 6th ed.; LTC: Rio de Janeiro, 2008.Suche in Google Scholar
8. Tabor, H., Harris, J., Wenberger, H., Doron, B. Further studies on selective black coatings. In UN Conf. New Sources of Energy. Rome, Italy, 1961.Suche in Google Scholar
9. Kokoropoulos, P., Salam, E., Daniels, F. Selective Radiation Coatings. L’amélioration des performances des collecteurs solaires. Surf. Technol. 1980, 11, 229–258.10.1016/0376-4583(80)90036-9Suche in Google Scholar
10. Shaffer, L. H. Wavelength-dependent (selective) processes for the utilization of solar energy. Sol. Energy 1958, 2, 21–26. https://doi.org/10.1016/0038-092x(58)90050-1.Suche in Google Scholar
11. Silva Neto, J. F. Desenvolvimento de Superfícies Seletivas para Coletores Solares com Deposição Multicamadas Desenvolvimento de Superfícies Seletivas para Coletores Solares com Deposição Multicamadas de Cr e SiO2. Doutorado em Engenharia Mecânica, Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica; Universidade Federal da Paraíba: João Pessoa, 2017.Suche in Google Scholar
12. Medeiros, I. D. M., Gomes, K. C., Gonçalves, R. P. D. N., Galvão, G. O. Selective solar surface solar based on black chromium: influence of electrodeposition parameters in the absorption of surfaces. Mater. Res. 2019, 22, 1–6. https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2018-0625.Suche in Google Scholar
13. Cengel, Y. A., Ghajar, A. J. Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Applications, 5th ed.; McGraw-Hill Education, 2014.Suche in Google Scholar
14. Lars-Erik, Gustavsson. Hollow cathode deposition of thin films. In Digital Comprehensive Summaries of Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology 194; Uppsala University: Uppsala, 2006.Suche in Google Scholar
15. Daudt, N. D. F., Barbosa, J. C. P., Macêdo, M. O., Alves, C.Jr. Deposição de filmes de TiN por gaiola catódica em atmosfera de plasma de Ar-N2-H2. Rev. Bras. Apl. Vácuo 2011, 30, 36–40. https://doi.org/10.17563/rbav.v30i1-2.919.Suche in Google Scholar
16. Freitas, R. S. Deposição e caracterização de nitreto de titânio com diferentes gaiolas catódicas em substrato de silício. Mestrado em Engenharia de Materiais, Programa de Pós Graduação em Engenharia de Materiais; Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí: Teresina, 2016.Suche in Google Scholar
17. Araújo, F. O. Desenvolvimento e caracterização de dispositivos para deposição de filmes finos por descarga em cátodo oco. Doutorado em Física, Programa de Pós-Graduação em Física; Universidade Federal do Rio Grande do Norte: Natal, 2006.Suche in Google Scholar
18. Sousa, R. M., Araújo, F. O., Barbosa, J. C. P., Oliveira, R. S., Ribeiro, K. J. B., Mendes, M. W. D., Alves, C.Jr. Nitretação em gaiola catódica: influência do tempo de tratamento. Rev. Mater. 2008, 13, 119–124. https://doi.org/10.1590/s1517-70762008000100014.Suche in Google Scholar
19. Isravel, R. S., Saravanan, S., Vijayan, V. A review of material and coatings in solar collectors. Mater. Today Proc. 2020, 21, 497–499.10.1016/j.matpr.2019.06.644Suche in Google Scholar
20. Ribeiro, R. A. P. Investigação Teórica de Materiais com Estrutura Ilmenita. Mestrado em Química, Programa de Pós Graduação em Química Aplicada; Universidade Estadual de Ponta Grossa: Ponta Grossa, 2015.Suche in Google Scholar
21. Barth, T. F. W., Posnjak, E. The crystal structure of ilmenite. Z. für Kristallogr. - Cryst. Mater. 2014, 88, 18. https://doi.org/10.1524/zkri.1934.88.1.265.Suche in Google Scholar
22. Rodbari, R. J., Jamshidi, L. C. L. A., Nascimento, L., Téllez, D. A. L., Hernández, E. P. Caracterização da Ilmenita por Difração de Raios-X e Microscopia Eletrônica de Varredura. Rev. Colomb. Mater. 2015, 7, 15–28.Suche in Google Scholar
23. Fujishima, A., Honda, K. Nature 1972, 238, 37. https://doi.org/10.1038/238037a0.Suche in Google Scholar PubMed
24. Cunha, D. B. B., Lima, L. C. Estudo da emissividade de superfícies seletivas de anatásio sobre alumínio. XX - Jornada de Iniciação Científica - CETEM; Universidade Federal do Rio de Janeiro: Rio de Janeiro, 2012.Suche in Google Scholar
25. Lima, L. C., Neumann, R. Caracterização morfológica e óptica de superfícies seletivas de anatásio para coletores solares térmicos de alta eficiência. In III Jornada do Programa de Capacitação Interna do CETEM; CETEM/MCTI: Rio de Janeiro, 2013.Suche in Google Scholar
26. Silva, H. F. M., Toscano, T. D., Gomes, K. C., Neto Silva, J. F., Costa, F. A., Alves, C.Jr. Obtaining an optical trap type surface by plasma electrolytic oxidation. Mater. Res. 2017, 20, 905–909. https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2017-0624.Suche in Google Scholar
27. Krenzinger, A. Superfícies Seletivas para Conversão Térmica da Energia Solar - Óxido de Cobre sobre Cobre. Mestrado em Ciência dos Materiais, Programa de Pós Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais; Universidade Federal do Rio Grande do Sul: Porto Alegre, 1979.Suche in Google Scholar
28. Xiao, X., Miao, L., Xu, G., Lu, L., Su, Z., Wang, N., Tanemura, S. A facile process to prepare copper oxide thin films and solar selective absorbers. Appl. Surf. Sci. 2011, 257, 10729–10736. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.07.088.Suche in Google Scholar
© 2022 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston
Artikel in diesem Heft
- Frontmatter
- Original Papers
- Aluminium nitride dispersion strengthened steel
- Synthesis of spherical mullite/Yb2SiO5 composite EBC powder by using mechanical alloying and spray dry processes
- Absorber film deposition by hollow cathode discharge for solar thermal collectors application
- Linear and nonlinear optical properties of 1-(2-methoxyphenyl)-3-(4-chlorophenyl) triazene
- Machine learning doped MgB2 superconductor critical temperature from topological indices
- Investigation on an anti-corrosion Cu-rich multiple-principal-element alloy strengthened and toughened by nano-scaled L12-type ordered particles
- Study on the microstructure and age hardening capability in Al–Cu–Li alloys with different Cu/Li ratio
- News
- DGM – Deutsche Gesellschaft für Materialkunde
Artikel in diesem Heft
- Frontmatter
- Original Papers
- Aluminium nitride dispersion strengthened steel
- Synthesis of spherical mullite/Yb2SiO5 composite EBC powder by using mechanical alloying and spray dry processes
- Absorber film deposition by hollow cathode discharge for solar thermal collectors application
- Linear and nonlinear optical properties of 1-(2-methoxyphenyl)-3-(4-chlorophenyl) triazene
- Machine learning doped MgB2 superconductor critical temperature from topological indices
- Investigation on an anti-corrosion Cu-rich multiple-principal-element alloy strengthened and toughened by nano-scaled L12-type ordered particles
- Study on the microstructure and age hardening capability in Al–Cu–Li alloys with different Cu/Li ratio
- News
- DGM – Deutsche Gesellschaft für Materialkunde
