Hình 3. 1 Hình ảnh trực quan của lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt trời
Hình 3.1 là ảnh chụp trực quan của lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt trời. Từ hình ảnh nhóm nghiên cứu cho rằng lớp phủ hấp thụ này có cấu tạo 3 lớp gồm: lớp nylon dày để tạo ra độ bền cơ lý, lớp vật liệu hấp thụ năng lượng mặt trời nằm ở giữa, lớp nylon mỏng để bảo vệ, chống bong tróc.
Để chứng minh phán đoán này, nhóm nghiên cứu đã chụp ảnh SEM đối với mặt cắt ngang của lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt trời. Kết quả thu được thể hiện tại hình 3.2. Ảnh SEM mặt cắt ngang của lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt
trời cho thấy cấu tạo 3 lớp của nó. Lớp dưới cùng dày 100 m là lớp tạo ra độ bền
cơ lý. Lớp trên cùng có độ dày chỉ 50 m là lớp bảo vệ, chống bong tróc cho vật liệu hấp thụ năng lượng mặt trời. Lớp vật liệu hấp thụ năng lượng mặt trời (nằm ở giữa) có bề dày 120 m. Để xác định bản chất của từng lớp tiến hành phân tích phổ hồng ngoại IR, phổ tán sắc năng lượng EDX và giản đồ nhiễu xạ tia X.
40
Hình 3. 2 Ảnh SEM chụp mặt cắt ngang của lớp phủ hấp thụ năng lượng
mặt trời
Phổ EDX của lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt trời chỉ ra sự có mặt của 2 nguyên tố là Carbon và Titan. Phép đo EDX không có khả năng phát hiện được các nguyên tố H, He nên có thể khẳng định rằng lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt trời chỉ chứa 3 nguyên tố là: C, H, Ti. Điều này cho phép suy đoán lớp hấp thụ năng lượng mặt trời là một dạng carbon black pha tạp Ti và hai lớp nylon là polymer của hydrocarbon. Để chứng minh suy đoán này, tiến hành đo và phân tích phổ hồng ngoại của lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt trời
41
Hình 3. 3 Phổ EDX của lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt trời của lò sấy
Hình 3. 4 Phổ truyền qua hồng ngoại của lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt
trời của lò sấy
Hình 3.4 là phổ truyền qua hồng ngoại FTIR của lớp phủ năng lượng mặt trời của lò sấy. Trong phổ FTIR xuất hiện các pic hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-Hở 2914 cm-1, 2847 cm-1, pic hấp thụ ở 1461 cm-1, và 719 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của liên kết C-H. Điều này khẳng định các lớp nylon trong lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt trời là các polymer của
42
hydrocarbon no. Chúng tôi suy đoán rằng các lớp nylon này có thể là polyethylene (PE).
Hình 3. 5 Phổ hồng ngoại biến đổi truyền qua của mẫu PE chuẩn
Hình 3.5 thể hiện kết quả đo phổ FTIR của phổ FTIR chuẩn của mẫu màng PE. Có thể thấy, sự cùng xuất hiện của các cực đại hấp thụ tại các số sóng 2914 cm-1, 2847 cm-1, 1461 cm-1, và 719 cm-1. Kết hợp với thành phần nguyên tố đã xác định được thông qua phổ EDX ở trên, có thể khẳng định trong lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt trời có một lớp màng phủ nguồn gốc từ polyolefin. Mặt khác, dựa trên phổ FTIR chuẩn của mẫu màng PE (hình 3.5), có thể nhận thấy các cực đại này hoàn toàn trùng khớp với các peak đặc trưng trên phổ hấp thụ của mẫu polyethylene (PE) chuẩn.
43
Hình 3. 6 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của lớp phủ hấp thụ năng lượng
mặt trời của lò sấy
Hình 3.6 là giản đồ nhiễu xạ tia X của lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt trời. Ta thấy giản đồ nhiễu xạ có 1 đỉnh rất sắc nét (kèm thêm 3 đỉnh nhỏ hơn), điều này khẳng định lớp vật liệu hấp thụ năng lượng mặt trời có cấu trúc tinh thể. Vị trí góc theta của đỉnh sắc nét nhất trong giản đồ là 26 độ. Đây là vị trí đỉnh đặc trưng của graphite. Điều này cho phép suy luận rằng lớp vật liệu hấp thụ năng lượng mặt trời là graphene đa lớp hoặc graphite. Để chắc chắn hơn với phỏng đoán này, chúng tôi sử dung phần mềm Rietveld để phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X. Kết quả cho thấy cấu trúc tinh thể hexagonal với hằng số mạng 0.356 nm. Các đặc điểm này giống với cấu trúc mạng tinh thể của graphite. Điều này khẳng định lớp vật liệu hấp năng lượng mặt trời có thành phần chủ yếu là bột graphite. Tuy nhiên vai trò của 1% Titan trong lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt trời là rất quan trọng. Hình 3.3 cho thấy trong lớp phủ không có sự xuất hiện của oxi do đó sự có mặt của Titan là dưới dạng nano kim loại. Để thấy rõ vai trò của Titan, ta xét phổ bức xạ mặt trời bên dưới.
44
Hình 3. 7 Phổ bức xạ mặt trời
Ta biết rằng phổ bức xạ mặt trời có 46% năng lượng trong vùng khả kiến và 52% năng lượng trong vùng cận hồng ngoại. Graphite nói riêng và carbon black nói chung thích hợp để hấp thụ ánh sáng khả kiến. Trong khi đó các hạt nano kim loại nặng và kim loại chuyển tiếp có khả năng hấp thụ mạnh các bước sóng hồng ngoại. Cho nên vai trò cho Ti đóng vai trò là chất hấp thụ năng lượng hồng ngoại trong phổ bức xạ mặt trời [28].
Để xác định khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời của lớp phủ lò sấy, nhóm nghiên cứu đã phân tích phổ UV-Vis. Hình 3.8 là phổ UV-Vis của lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt trời của lò sấy. Có thể nhận xét rằng, hiệu suất hấp thụ NLMT của vật liệu lớp phủ lò sấy là rất cao, đạt ~ 95% (cường độ ánh sáng truyền qua < 5%) trên một dải bước sóng rất rộng từ vùng tử ngoại gần đến gần hết vùng hồng ngoại gần.
45
Hình 3. 8 Phổ UV-Vis của lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt trời của lò
sấy
Qua phân tích, có thể thấy rằng:
- Tấm hấp thụ NLMT của lò sấy có cấu trúc ba lớp: polymer trong suốt - sơn hấp thụ nhiệt – polymer nền.
- Lớp sơn hấp thụ chứa graphite biến tính.