高溫太陽能吸收涂層是太陽能光熱發電的核心材料，同樣在重質油開采、海水淡化、冬季區域性供暖以及應對霧霾等領域扮演著重要角色。高溫太陽能吸收涂層應具備高的吸收率、低的發射率和良好的熱穩定性能。然而，太陽能光熱發電關鍵技術和核心材料的欠缺，嚴重制約了相關產業的發展。近年來，關注度較高的金屬-電介質復合涂層由于在高溫條件下易發生金屬氧化、擴散等問題，最終導致涂層光學性能衰減。如何克服上述缺點，制備性能優異的太陽能吸收涂層，一直是新材料和能源研究領域面臨的挑戰。

超高溫陶瓷(TiC、WC、HfC、ZrC和TiN)具有高熔點、高硬度、高導熱率、良好的抗氧化性和抗熱震性、中等熱膨脹系數和潛在的光譜選擇特性。近年來，中國科學院蘭州化學物理研究所甘肅省黏土礦物應用重點實驗室(環境材料與生態化學研究發展中心)研究員劉剛、博士高祥虎率先在國際上開展了超高溫陶瓷基高溫太陽能光譜選擇性吸收涂層的可控制備及構效關系研究。他們與德國亞琛工業大學教授Wolfgang Theiss合作，通過光學軟件模擬，獲取了不銹鋼、超高溫陶瓷、光學玻璃、氧化鋁等材料的光學常數，并以此為基礎成功模擬設計出各類超高溫陶瓷基太陽能吸收涂層。依據光學模擬結果，利用磁控濺射技術，以不銹鋼(SS)為基底，在300oC的沉積溫度下制備出了SS/TiC/Al2O3、SS/TiC-Y/Al2O3、SS/TiC-ZrC/Al2O3、SS/TiC-WC/Al2O3、SS/Al2O3(L)-WC/Al2O3(H)-WC/Al2O3、SS/TiN/Al2O3等系列高溫太陽能吸收涂層。該類太陽能吸收涂層吸收率大于0.92、發射率小于0.12，且具有良好的熱穩定性能(大于600oC)、抗腐蝕性能和抗熱震性能。部分涂層在真空800oC的環境下具有良好的長期熱穩定性能，是目前所報道的耐高溫性能最佳的太陽能吸收涂層之一。

研究人員利用現代分析表征技術，深入研究了此類涂層的構效關系并闡明了其在高溫下光學性能衰減機理：隨著熱處理溫度的提高，過渡金屬碳化物太陽能吸收涂層的拉曼光譜中ID/IG比值逐漸升高，即sp2C含量逐漸升高，從而引起涂層表面石墨化過程的加劇，最終導致涂層光學性能的衰減。為抑制高溫擬合過程中sp2C含量的增加，研究人員利用雙靶共濺射技術制備出SS/TiC-ZrC/Al2O3吸收涂層。該復合陶瓷涂層具有高的吸收率(大于0.92)、低的發射率(0.11)和高的長期熱穩定性能(700oC)。此外，研究人員在膜系設計中引入微量的稀土元素釔，通過高溫(800oC，5h)真空熱處理，最終制備出了具有微孔形結構的超高溫陶瓷太陽能吸收涂層，其吸收率大于0.90、發射率小于0.11，在800oC高溫條件下具有良好的長期熱穩定性能，開辟了一種新的微孔形超高溫陶瓷制備方法。同時，研究人員還制備出了紫色高溫太陽能吸收涂層(SS/TiC-WC/Al2O3)，并對其進行了色度研究，繪制了色度圖。

該研究工作提供了一種簡單且具有普適性的高溫太陽能吸收涂層制備新方法，豐富和發展了高溫太陽能吸收涂層膜系理論，揭示了涂層構效關系，闡明了高溫下光學衰減機理，極大拓展了超高溫陶瓷在太陽能光熱發電中的應用，為此類高溫太陽能吸收涂層的可控制備奠定了理論基礎，在中低溫太陽能吸收涂層研究領域同樣具有重要的應用價值。相關研究成果發表在Solar Energy Materials & Solar Cells、RSC Advances、Optical Materials、Surface Engineering、Journal of Materials Engineering and Performance 等期刊上。同時申請了國家專利，申請號：201610418110.9，201610418136.3，201610418437.6，201610418415.X，201610424296.9，201510983832.4，201510983817.X。

該系列研究工作得到了國家自然科學基金青年基金(51402315)、中科院太陽能行動計劃、中科院修繕購置專項等項目的長期支持。