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热辐射是一种热能传递的基本方式,通过热辐射进行能量的传递在热电转换、红外目标隐身、红外热成像、探测等领域有着非常广泛和重要的应用。近年来,随着材料制备工艺和微纳加工技术的飞速发展,在热辐射控制材料领域形成了包括超材料、纳米线阵列、光子晶体、多层膜等多种形式的微纳结构,在热辐射的高发射率、频谱选择性、温度特性等诸多方面较自然传统材料调控更灵活;通过表面等离子体激元（SPP）、谐振效应、光子禁带效应等电磁波与物质之间的相互作用,实现了热辐射在频谱、方向、强度等特征上的控制,为热辐射能的控制和利用开辟了新的领域方向。由于异质结构结合了各组分的优点,在扩大光学器件使用范围、性能提升及多功能应用拓展方面起到了突出作用。因此,具有热辐射调控特性的微纳结构组成的光子异质结构在热辐射器件性能提升及多功能应用方面展现出了一定的优势。本文围绕微纳结构体系热辐射控制机理和多功能化应用问题,基于异质结结构,创新性地提出了将热辐射控制微纳结构与热电转化、可见光伪装等结合的思路。首先提出碲化铋（Bi2Te3）单相纳米线阵列结构,不仅实现了热电转换,还实现了红外伪装,为了将具有选择辐射特性的金属纳米线阵列与一维热电纳米线阵列结合起来,提出了金（Au）-Bi2Te3异质结纳米线阵列结构,较Bi2Te3单相纳米线阵列结构,该异质结构不仅提升了纳米线阵列的热辐射控制效能,还提高了器件性能。除了纳米线作为热辐射控制结构外,薄膜结构和光子晶体都是常见的热辐射控制结构,因此,提出了二氧化钛（TiO2）纳米颗粒薄膜-聚苯乙烯（PS）微球光子晶体异质光学结构,通过光学模式的分段设计与两步自组装法,实现了可见光和红外双波段防伪的新颖功能。基于PS微球光子晶体对可见光波段热辐射的调控,提出了TiO2微球光子晶体结构,探索了其在红外波段的热辐射调控特性。主要研究内容及创新点如下:（1）提出了一种基于AAO模板的Bi2Te3纳米线阵列复合结构制备方法。通过对纳米线电化学沉积原理研究,分析了沉积电势及物质浓度两个关键因子对纳米线沉积的影响,发现低沉积速率(～10 nm s-1)有利于纳米线在AAO模板孔洞中的生长,从而得到了均匀、高度有序的Bi2Te3纳米线阵列;该纳米线阵列结构通过热电效应在器件两端产生温度差,不仅实现了热能到电能的转换,还可以降低器件表面的热平衡温度,满足相关目标的红外伪装需求。（2）基于金属纳米线阵列的偶极子共振效应,设计并制备了Au-Bi2Te3异质结纳米线阵列的热辐射结构器件,提升了纳米线阵列的热辐射控制效能。通过调节Au纳米线的沉积电势,以及优化电化学沉积工艺,解决了两种类型纳米线界面兼容问题。较Bi2Te3单相纳米线阵列结构,该异质结构通过引入界面处的散射,增加了中长波声子散射,降低了结构晶格热导率κph,提高了热电效率。在170℃的热源温度下,制冷温度提升了12.6℃,热能到电能的转换效率提升1.25倍,红外伪装效果方面,辐射温差提升了8℃。异质结构明显提升了光学器件的性能。（3）通过光学模式分段设计和两步自组装制备方法,首次实现自组装超材料（MM）-光子晶体（Ph C）光学异质结构,并以双频带方式实现了功能集成。TiO2纳米粒子在水平模式下和PS微球在垂直模式下的沉降自组装形成了一个范德瓦尔斯界面,将两种不同光子结构连接起来形成异质结构。两个组分之间特征尺度的差异支持可见光波段的光子带隙工程,且在中红外波段创建一个具体的界面,以防止干扰。因此,引入了一种新颖的防伪标签来展示该异质结构的双带功能,在可见光波段,不同背景介质中PS Ph C结构色的有/无可以隐藏/显现底层TiO2MM组成的编码图案;在红外波段,由于PS Ph C的高透性与TiO2 MM的高发射特性,实现编码图案被红外热像仪所探测,通过可见光和红外成像系统,成功演示了该光学异质结构的双波段防伪功能。光学模式在异质结构中的良好兼容性进一步为多功能光子异质结构器件铺平了道路。（4）基于光子带隙理论的TiO2微球非晶光子晶体结构展示了在热辐射调控领域的优势。利用数值分析,实现了三维TiO2微球光子晶体在热辐射控制方面的探索研究,通过调节微球的直径（0.8μm,1.5μm,2μm）,抑制了不同频段（2.63-2.83μm,4.11-4.39μm,5.44-5.79μm）的自发辐射。利用水平沉降自组装法,获得了三种直径的TiO2微球非晶光子晶体,通过测量样品透射光谱,发现TiO2微球非晶光子晶体分别在波长2.936μm、4.248μm、6.104μm处产生低的透射率。揭示了光子晶体的鲁棒性,在一定无序状态下,即非晶光子晶体保留了光子晶体的带隙特性。在实验制备上,非晶光子晶体较光子晶体简单,可实现大面积制备,在热辐射控制技术方面展现了一定优势。综上所述,本文针对微纳结构体系热辐射控制机理和多功能化应用问题,开展了基于纳米线阵列、光子晶体、纳米颗粒薄膜等微纳结构及构成的光学异质结构研究,实现了热电转换、红外伪装和可见和红外双波段防伪等新颖功能设计与制备。本文进一步推动了不同构型微纳结构在热辐射调控、性能优化及多功能拓展方面的应用和发展。