随着人口的快速增长和工业污染的加剧,淡水资源短缺已逐步成为全球亟待解决的问题之一。近年出现的光热海水淡化技术,因其具有光热转换效率高、环境友好、无污染等优点而被广泛研究。光热材料、高效水蒸发结构研究是本领域研究的核心;此外,如何提升高盐海水中的耐盐性能和实现多功能集成,也是近期研究的热点。针对上述问题,本论文在对碳纳米管网络微观结构调控和表面可控修饰的基础上,提出了通过亲水疏水碳纳米管网络来构筑温度梯度,实现高效光热水蒸发;受植物水输运原理启发,提出了可再生柔性光热水蒸发结构的仿生设计与大面积编织制造技术;与热电模块集成实现了光热水蒸发与热电发电功能一体化。本论文主要研究结果如下:1.发展了快速二次沉积无定型碳化学气相沉积法,制备出弹性碳纳米管网络。该方法可以在碳纳米管网络内部进行可控的碳修饰焊接。通过沉积工艺参数的优化,实现了对弹性碳纳米管网络的微观结构、密度、力学、孔隙大小等参数的有效调控;化学氟化修饰得到疏油疏水的碳纳米管网络,聚乙烯醇修饰后实现了碳纳米管网络的亲水化。2.基于碳纳米管网络亲疏水性的不同,发展了一种额外供能的梯度加热效应方式提高水蒸发速率。在亲水碳纳米管网络四周构建一个由疏水碳纳米管薄膜形成的集热区,在光照下,由于润湿性的差异,使外围集热区与中间光热水蒸发区之间形成温度梯度,进而为光热水蒸发区域输入额外的热能,来实现了水蒸发速率的大幅提升。结果表明,在1个太阳光照下,温度梯度显著增强了碳纳米管网络水蒸发区域蒸发性能,水蒸发速率可达4.2kgm-2h-1;此外,户外测试证实了该结构在大面积集成及淡水收集方面的可行性。3.受植物水输运原理启发,设计出一种高环境适应性的仿生光热水蒸发体。采用激光打孔的碳纳米管薄膜与亲水纱线编织成柔性仿生树状光热水蒸发结构,其中亲水纱线作为水传输根须结构,碳纳米管薄膜作为高效的太阳能吸收及水蒸发模块。独特的水传输根须设计还使其能够在湿泥、湿沙等各种复杂环境中工作;高浓度盐水中持续工作析出的盐分能够自动回溶,具有优良的自清洁性能。编织制备的方式使其不仅易于实现大面积工业制造,而且使其结构具有优良的柔韧性能,从而能够通过水洗的方式有效去除泥沙、盐分等污染物。这种可再生的柔性光热水蒸发结构构建成本低且能够长期使用,具有广阔的应用前景。4.光热界面水蒸发除了可以用于海水淡化外,其蒸发过程还蕴含着很多其它丰富的能量如温差热能等可以利用。在温度梯度增强的光热水蒸发结构中引入热电发电模块和石蜡蓄热模块,不仅将水蒸发速率从4.2kgm-2h-1提升到5.0kgm-2h-1,而且赋予了体系温差发电功能,发电功率达到0.4Wm-2,实现了水蒸发和发电的一体化集成;此外,石蜡的相变储热功能使体系在光源关闭一段时间后,仍能保持一定的水蒸发和发电能力。