淡水资源的稀缺威胁着人类和其他生物的存在。目前,全球三分之二的人口生活在严重缺水的情况下。解决淡水稀缺问题的需求变得越来越迫切。太阳能蒸汽产生作为一种清洁、可再生的能源技术,被认为是未来清洁水生产的合适解决方案。本研究从材料和结构两个方面研究如何利用太阳能有效地生产清洁水。研究成果主要包括:1.对TiN纳米颗粒应用于太阳能光热转换进行了评估。研究发现,致密堆积的TiN纳米颗粒膜可以聚集光线,具有94.8%的光热转换效率。通过抽滤工艺将TiN纳米颗粒进一步组装到孔径小于纳米颗粒的平均尺寸的阳极氧化铝膜(AAM)上。制造的TiN-AAM混合器件可用作高效太阳能蒸汽发生器,其太阳能-蒸汽效率为87.7%。这种高效率的转换归功于光吸收材料和大量水之间的隔离、纳米颗粒的堆积构造,以及高效的水输送通道。2.竹子作为一种天然的分层细胞材料,通过简单的碳化进程可以成为一种优秀的3D太阳能蒸发器。漂浮的碳化竹子在1-sun照射下以极高的速率(3.13 kgm-2h-1)蒸发水。竹子的独特天然结构保证了该高蒸发速率:竹子的内壁回收了来自3D竹子底部漫射的光和热辐射热损失,外壁从温暖的环境中捕获能量。高蒸发速率也归因于限制在竹网中的水的蒸发焓的降低。这种基于竹子的高性能、低成本、自清洁、坚固耐用、可扩展的3D蒸汽发生装置在海水淡化、工业和生活废水减少方面具有吸引力。3.复制自然界在植物上所实现的创举(即植物蒸腾作用),以制造具有全方位能量吸收、充足水供应和快速蒸汽输送的人工蒸发器一直是人们的理想目标,旨在解决全球水危机。这项工作表明,玉兰果实作为一种树状生物,可以通过简单的碳化过程成为优秀的3D迷你树状蒸发器。动脉泵送,分支扩散和限制蒸发分别通过迷你树的“树干”,“树枝”和“叶子”实现。迷你树具有全向高光吸收率,最大限度地减少热量损失,并从环境中获取能量。限制在迷你树中的水具有降低的汽化焓并快速运输。在山谷状的毛茸茸表面的帮助下,实现了创纪录的蒸汽产生速率(在黑暗中1.22 kg m-2h-1,1个太阳强度光照下3.15 kg m-2h-1)。“营养物质的吸收”使迷你树能够有效地回收有价值的重金属并直接从废水中生产净化水。这些研究结果不仅揭示了玉兰果实作为低成本蒸汽发生材料的隐藏天赋,也激发未来高性能、全时、全天候蒸汽发生和水处理设备的发展。