作为太阳能海水淡化技术中的一种，太阳能蒸馏器具有小型化、原理简单和维护方便等许多优点。近年来，为了提高太阳能蒸馏器的性能，研究者们尝试利用微纳技术改进太阳能蒸馏器中的吸光传热过程，并取得了很多的进展。但目前大部分关于微纳技术的工作主要偏重于研究材料设计，缺乏与传热传质相关的探讨。这导致了诸多问题，如材料成本偏高、蒸馏器系统的热力学和传热学优化不足等。因此，本文结合碳基微纳颗粒以及传热传质学，研究了如何利用薄液膜和热局域化来提高太阳能蒸馏器能量利用效率。
　　首先研究了在太阳能蒸馏器中使用悬浮微米颗粒层来提高蒸馏器产量的可行性。该颗粒层使得太阳能在蒸发表面附近被吸收，将热量集中在蒸发表面，形成热局域化效果，因而降低了热损失，提高了系统的温度和蒸发速率。实验结果表明，使用1wt%的悬浮石墨微米颗粒层后，蒸馏器产量提高了约50%。进一步的研究表明，在含石墨颗粒的蒸馏器中加入相变材料可以使得蒸馏器的产量提高65%。
　　其次，提出了一种漂浮式太阳能蒸发装置，使石墨微米颗粒漂浮在水面上方而非悬浮在水面下方。该装置在蒸发表面形成了薄液膜，使蒸发表面热局域化效果进一步增强，从而提高了太阳能利用效率。实验结果表明，在1kW/m2的太阳辐射下，漂浮式蒸发装置的能量效率可达到78%。此外，研究发现当石墨颗粒尺寸减小时，蒸发能量效率略微增加。而当石墨颗粒浓度增加时，蒸发能量效率先增加后降低。实验结果为在太阳能蒸发装置中合理使用微纳颗粒提供了指导。
　　再次，为了给优化漂浮式蒸发装置提供理论基础和指导，进一步结合薄膜蒸发理论分析了石墨颗粒等相关因素的影响。理论分析表明，石墨微米颗粒的尺寸和亲疏水性对薄膜蒸发的影响相对较小，该结果与实验相吻合。对蒸发影响较大的因素是：(1)蒸发表面石墨颗粒之间的距离；(2)蒸发面水的蒸发系数；(3)蒸发面过热度。同时，通过排盐分析发现，漂浮式蒸发装置主要通过盐水的自然对流来稀释蒸发面上的高浓度盐溶液。并且，当漂浮式蒸发装置的蒸发单元具有较小的宽高比时，能兼具很好的排盐性能和热效率，较为适合太阳能蒸馏器。
　　最后，提出了一种悬挂式蒸发装置。该装置在形成薄液膜和热局域化的同时，增强了蒸发面的蒸气扩散，从而进一步提高了太阳能利用效率。实验结果表明，在1kW/m2的太阳辐射下，悬挂式蒸发装置的蒸发能量效率可达87%。悬挂式蒸发装置的总蒸发速率比漂浮式蒸发装置高20%左右。基于自然对流蒸发理论分析发现，在增加蒸发面积的同时不影响蒸气扩散可以提高悬挂式蒸发装置的性能。
　　本文的研究表明，基于薄液膜和热局域化，可以通过较低的成本和较为简单的方式达到较高的太阳能利用效率，为高效利用微纳材料提高太阳能蒸馏器的性能提供了指导。