表面热传输是一种重要的传热形式,主要分为对流与辐射两种换热方式,在如今电子集成器件,航天,热交换机,太阳能发电以及核电等领域有着实际的应用需求,表面热传输的性能研究被大家广泛关注。目前研究结果表明微纳结构对表面热传输特性有着显著的增强效果,不同结构表面传热效果与传热机理存在差异。我们基于飞秒激光微纳结构制备表面技术,开展了沸腾(对流换热)与辐射两种热传输方式的研究,主要内容如下:在沸腾传热方面,国内外学者通过优化表面润湿性,结构形貌,孔隙度等参数得到临界热通量(Critical heat flux,CHF)的普遍提升,但是换热系数(Heat transfer coefficient,HTC)提升效果不佳。针对目前传热性能全面增强(CHF与HTC同时提升)难以实现的不足,本文创造性的提出了微纳结构与原表面拼接作为传热表面的方案,实验结果表明表面微纳结构占比为3/4时CHF与HTC得到同步显著提升(CHF值较原表面提升了120%,对应的HTC提升了40%)。经分析我们认为,这是由于相异润湿性能拼接表面对沸腾成膜状态有破坏作用,CHF得到了有效推迟,同时有利于大气泡的快速脱离,进一步强化了换热效率。另外,通过模拟沸腾过程中的流体流速,进一步证明了拼接表面能够带来更剧烈的流体扰动,这对沸腾后期气泡的脱离与强制对流换热增强都有着有利影响。拼接微纳结构表面全面强化沸腾传热是一项全新的工作,为沸腾传热强化提供了新的技术发展思路。在辐射换热方面,首先针对表面向外辐射换热进行了研究,利用飞秒激光在铝表面制备微纳结构并进行了其热辐射表征,结果表明随着微纳结构尺度的增加热辐射功率得到了显著增强,与原表面相比最高提升至4.5倍。另一方面,由于表面辐射与吸收特性相关,针对吸收换热进行了研究,以太阳能温差发电为应用背景,模仿真实使用环境构建了考虑太阳光辐照及TEG散热情况的发电功率测量装置。利用激光脉冲作用铝表面制备微纳复合结构,并将其作为太阳能温差发电模块(Thermoelectric generator,TEG)光吸收体,发电实验结果表明,具有微纳结构的铝表面与抛光铝箔或裸发电片相比,光电转化效率(发电效率)可分别提高43.3和10.7倍。其光电转换物理机制可归结为:微纳结构表面通过吸收太阳光产生了高热能沉积引起的TEG模块载流子迁移率提高,进而提升了发电性能。飞秒激光制备微纳结构表面可有效增强光谱辐射及吸收特性,这对航空领域散热与太阳能温差发电有着重要的研究意义。