光热转换技术是将太阳能转换为热能的最为直接和有效的方式,在传统的太阳能水热装置、太阳能空气干燥设备、太阳能集热发电技术中,关键的光热转化效率问题是涂覆在集热装置表面的光热转换涂层,为了获得高的光吸收性能,传统的涂层工艺需要采用一个复杂的共溅射技术,通常存在结构工艺复杂、成本高的问题,不利于实际的工业化生产。本文引入自掺杂设计思路,利用单一靶材的反应溅射技术,设计了一种新型自掺杂Me-MeOx(Me=W或Mo)光热转换涂层,其具有非常优异的光学吸收性能和热稳定性能,并且溅射工艺简单、制造成本低、光学吸收易调控、结构易扩展,非常适合于传统的低成本、大规模的中高温光热利用技术。将新型的自掺杂光热转换技术应用于调控人体温度的可穿戴技术中,可以克服传统的采用焦耳热效应和反射红外波长的被动式加热方式,达到主动吸收太阳光温暖人的身体,并反射人体红外热辐射进行保温的光热效果,在户外应急取暖衣料方面具有非常好的应用价值,拓宽了光热转换涂层在柔性、可穿戴人体热转换技术中的应用。具体的研究内容如下所述:(1)研究了单层WOx薄膜的本征吸收特性,引入了介质性WOx、SiO2和Al2O3薄膜作为减反射层,分析其对掺杂WOx薄膜光吸收的调控性,考察了涂层的热稳定性;结果表明,掺杂WOx薄膜具有非常优异的本征光学性能,吸收率(α)最大为0.83,发射率(ε)为0.05;介质性WOx薄膜具有一定的减反射作用,可进一步将WOx薄膜的α提高到0.91,ε仍保持不变;热退火结果表明,由于元素的扩散和氧化导致了涂层在空气中的热稳定性较差,但在真空400℃下,涂层却显示了非常优异的耐热性;(2)基于自掺杂原理,结合WOx薄膜的高吸收特性及减反射作用,制备了一种新型的自掺杂W-WOx基多层光热转换涂层,研究了涂层的光学性能和结构特征,阐明了温度诱发的热扩散和氧化的失效机理;结果表明,涂层具有非常优异的光学吸收(α=0.932,ε=0.058),光热效率η达到90%,这主要归因于掺杂WOx薄膜的本征吸收,各界面层之间的光学干涉和金属W层的近场增强效应;热处理表明,该涂层在空气中低于300℃下具有非常优异的热稳定性,但由于涂层中W颗粒的扩散,在较高的温度下被严重的氧化,改变了涂层的结构和成分,导致涂层的光学性能下降;(3)研究了不同气压下单层MoOx薄膜的光学吸收性能,分析了 Si02和MoOx介质薄膜的减反射效果,考察了涂层在不同环境下的热稳定性;结果表明,非化学计量比MoOx薄膜显示了非常优异的光学吸收能力,α最大为0.83,ε为0.05。同样地,介质性MoOx薄膜也具有非常好的减反射效果,在光热转换涂层的设计中可以作为一种新型的减反射材料;热退火结果也表明,涂层在真空450℃下都具有非常优异的热稳定性,然而由于涂层中元素的扩散和氧化现象,导致样品在空气下的耐热性较差;(4)结合前述设计思路,还制备了一种结构性能更加稳定,环境适应性更好的自掺杂Mo-MoOx多层渐变光热转换涂层,并对其光学常数、晶体结构及物相成分进行了分析,研究了涂层在不同环境下的热稳定性;结果表明,该涂层在可见光和近红外区域内产生了非常优异的光学吸收性能,其α最高为0.93,ε为0.055,η达到92%;进一步在空气下热退火,涂层表面发生了严重的氧化,表现了非常差的耐热性;而在真空450℃下,涂层的光学吸收没有发生明显改变,显示了非常优异的热稳定性;(5)基于上述的研究结果,研究了Me-MeOx基光热转换涂层在柔性PET和PI薄膜以及棉布和涤纶织物上的光学吸收、弯曲变形性能及光热转换效果;结果表明,在柔性聚合物和织物上,涂层都显示了非常好的光吸收能力和弯曲变形性能,其α分别为48%～54%和82%～83%,ε均为30%～35%;在1KW/m2的模拟太阳光下,柔性涂层的表面稳态温度可达到78℃,而织物涂层约为90℃,显示了非常好的光热转换效果;此外,在户外阴天的自然光照射下,织物涂层的表面稳态温度可以达到10～11℃,与空白织物相比较,其温度差接近6℃,可以有效的温暖人的身体。综上所述,自掺杂Me-MeOx基光热转换涂层具有非常优异的光学吸收性能和热稳定性,适合于中高温光热转换技术。另外,在柔性聚合物和织物上,其对太阳光具有优异的光热转换效果,对柔性和可穿戴能源相关的人体热调控技术具有非常重要的工业应用价值,同时也拓宽了传统光热转换涂层在光热技术中的应用领域,提供了一定的理论依据和实践经验。