为解决愈加严重的全球持续性水资源短缺问题,研究并开发稳定、可持续且成本低廉的洁净水制备技术已成为近年来的研究热点。在诸多潜在的方案中,利用太阳能光热界面蒸发实现紧凑、独立和便携的洁净水制备技术,受到了广泛的关注。相比于传统的直接加热水体蒸发方法,基于界面加热的太阳能水蒸发技术其光热转换装置位于汽/液界面处,可以局域化加热界面水,从而大大提高了系统的太阳能-蒸汽转化效率。通过过去多年的努力,研究人员一方面开发和制备高效的光热转换材料以增强太阳光转换效率,另一方面巧妙设计隔热装置和结构从而减少热能损失,不断提高太阳能光热界面蒸发技术的蒸发效率。即便如此,针对太阳能光热界面蒸发装置规模化问题,仍然存在着能量利用率低、淡水产量低以长期使用稳定性等技术难题。在众多光热材料中,碳基材料已被证明具有原材料易得、价格便宜、机械和化学稳定性好、以及宽频带及高效的太阳能吸收等特性,在规模化开发太阳能光热界面蒸发技术中具有极大的潜力。然而,目前基于碳基材料制造/集成/组装高效太阳能光热界面水蒸发系统的方法通常涉及湿法化学制备工艺和步骤繁琐的吸光层和保温层集成方案。为克服这些困难,本文利用激光直写碳化技术,以聚酰亚胺（Polyimide,PI）这一常见和高性能的高分子材料为碳化前驱体,原位制备了具有高光热吸收效率的碳材料/PI多层复合膜,进一步通过硝酸氧化处理进行碳层的亲疏水性调节,开发了具有高效和广谱太阳光吸收效率、脱盐性能和长期稳定性优良的太阳能光热界面水蒸发系统,为实现规模化制备界面太阳能海水淡化装置提供了新思路。1.利用10.6 μm商业CO2激光将PI膜的两面进行碳化处理,原位制备了具有碳-聚酰亚胺-碳三层结构的薄膜复合材料,实现了在200-2500 nm范围平均吸收率高达96%的高效太阳能光热转换材料。采用Design Expert?实验设计软件,考察了激光加工功率、碳材料亲水处理与否、以及聚酰亚胺前驱体通孔条件等因素对碳-聚酰亚胺多层结构太阳能光热界面水蒸发速率的影响,确定了高蒸发速率多层结构制备的优化工艺条件。以优化工艺制备的多层复合膜为光热吸收体,滤纸和聚氨酯泡沫为水输运和隔热层,制备了太阳能光热界面水蒸发原型。在一个模拟太阳光照射下,该装置展示了 1.61 kgm-2 h-1的高效海水蒸发性能,太阳能-蒸汽转化效率高达93.2%。为提高碳-聚酰亚胺-碳三层结构的脱盐性能,本论文进一步结合激光原位碳化技术与硝酸氧化后处理,制备了具有亲疏水两面面性质不同的三层复合光热转换Janus膜,其在一个太阳光下连续工作8h的海水蒸发速率可以稳定保持在1.43 kg m-2 h-1。反复机械弯折和长时间湖水浸泡的耐久性测试表明了激光直写碳-聚酰亚胺-碳三层结构复合薄膜在太阳能光热界面海水淡化应用中的鲁棒性。2.利用PI膜的柔顺性质,结合机械折叠和激光碳化,制备了一种展开后呈现倒V构型的碳-聚酰亚胺双层结构的光热吸收体。倒V构型结构体的碳层在亲水处理后,既可作为光热转换层也兼具水输运功能,这一优势大大简化了基于激光直写碳材料的太阳能光热界面水蒸发装置的制备方法。不同于平面构型激光碳化光热吸收体水蒸发装置的多层多材料装配结构,倒V构型蒸发装置的装配仅需将其底部插入水中,即可同时实现水输运和水蒸发。另外,由于碳层光热吸收体和本体水不直接接触,以及倒V构型与本体水间的半封闭空间所形成的隔绝屏障,这使得倒V构型蒸发装置的光热转换热量的利用效能大大提高,在一个太阳光下的海水蒸发速率高达1.73 kg m-2 h-1,远高于基于平面构型的激光碳化光热吸收体水蒸发装置的性能。除此以外,倒V结构的设计,使得海水蒸发装置在使用过程中,盐分可定点沉积在倒V结构顶部。在无太阳光照射情况下,倒V结构顶部积累的盐分可以自行溶解。以上这些特点,解决了在众多太阳能光热界面水蒸发装置中,因为积盐所造成的海水淡化速率降低的普遍问题,从而大大提高了基于倒V构型的碳-聚酰亚胺双层结构水蒸发装置的长期使用性能。