光热转换是一种将太阳辐照能量收集并转化为热能的过程,其与光电、光化学等转换过程相互辅助,能够满足用能负载的多样性需求;其中,太阳能集热管是目前最成熟的应用方式之一。然而,集热管通常基于透明的玻璃材质,其存在导热性差、脆性大、涂层调控难度大等主要问题。同时,面对集热元器件小型化、集成式和便携式的发展需求,亟待开发导热性好、密度低、易加工、便于集成的新型集热材料与器件。因此,本项目提出采用低密度的金属钛管为基体,通过调控钛管内、外表面纳米管涂层的结构特性,拓展吸收光谱并提高热传导性能,设计并实现基于金属管的新型集热管技术,解决传统玻璃材料导热性差、脆性大、涂层调控难度大等问题,为新型集热管的开发奠定了理论和实验基础。本项目采用同轴电化学阳极氧化法,在金属钛管内、外表面原位生长和调控TiO2纳米管涂层,探究其对光热转换性能的影响。本论文获得的主要研究结果如下:研究了钛管外表面TiO2纳米管的生长特性及其对光热转换性能的影响。钛管外表面黑色TiO2纳米管阵列由于具有高氧空位浓度,降低了带隙的宽度,增加了对低能量光子的吸收,从而显著提升了薄膜的光热转换性能。当TiO2纳米管薄膜的厚度低于2μm时,随着纳米管阵列厚度增加,集热管的工作温度逐渐上升;当TiO2纳米管薄膜的厚度大于2μm时,随着纳米管阵列厚度增加,集热管的工作温度逐渐下降。因此制备合适的纳米管阵列厚度才能获得最佳的光热转换效果。研究了钛管内表面TiO2纳米管的浸润性和涂层厚度对集热管性能的影响。当钛管内表面为超亲水状态时,稳定工作温度达到72°C;当内表面为超疏水状态时,稳定工作温度达到64°C;而内表面未作处理的钛管的稳定工作温度为70°C。因此,在钛管内表面制备超亲水涂层能够提升传热性能,而超疏水涂层会降低传热性能。本项目系统地研究了钛管内外表面TiO2纳米管对光热转换性能的影响,并对影响机理进行了分析和讨论。实验结果显示,通过同轴电化学阳极氧化法在钛管外表面制备约2μm的黑色TiO2纳米管阵列,在内表面制备超亲水纳米管涂层,其光热转换效率可达到约85%。