由于世界范围内严峻的能源危机与淡水资源匮乏问题,零能耗的太阳能界面蒸发系统在海水淡化工程中扮演着日益重要的角色。然而,受制于该系统中光热转换材料太阳光谱吸收率以及光热转换效率的低下,太阳能蒸发系统的淡水产力与传统海水淡化技术相比还有较大差距,因此其低倍数的产水速率限制了进一步大规模应用。可见,光热转换材料的光-热能量转换性能是提升系统整体产水速率的关键问题,而提升光热转换效率的重要途径是对系统中光热转换材料进行多尺度的结构设计。自然界中许多动植物经过千万年进化具有多尺度太阳光吸收结构,受此启发,本文采用工程热物理与仿生工程学科交叉的研究思路,针对太阳能界面蒸发系统中碳基光热转换材料的仿生多尺度结构设计开展研究:（1）仿生针叶结构碳基光热转换材料:由于光热转换材料的便携性和低成本仍然是其进一步实际应用的挑战;此外,水输运过程对效率影响的机制仍不明确。为此,我们设计了一种受针叶植物叶片光合作用启发的新颖仿生策略来构造由Fe3O4半导体纳米颗粒作为仿生“叶绿体”修饰的针叶结构多级碳骨架的光热转换材料（Fe3O4@CA/CF）。在1个太阳辐射强度(1 k W m-2)下,所制备仿生光热转换材料显示出宽谱吸收（99%）和出色的水蒸发速率(1.316 kg m-2 h-1),其光热转换效率约为91.0%,是纯水自然蒸发的六倍。值得注意的是,该材料获得了惊人的体积水蒸发速率(高达658 kg m-3 h-1),表明了其便携和经济性的优势。此外,我们通过数值模拟方法定量地揭示了隔热层中内嵌的一维水输运通道的孔隙率与光热蒸发之间的强相关性;还确定了蒸发的最佳孔隙率范围。结合低成本材料,广谱吸收,高太阳能热转换效率和出色的便携性,所制备的材料在太阳能界面蒸发系统的应用具有广阔前景。（2）仿生分形结构碳基光热转换材料:由于开发高效且具有成本效益的光热转换材料存在挑战;此外,极少研究对生物质衍生碳基光热转换材料的天然微观结构缺陷进行调控,特别是通过多尺度结构设计改善这些碳基材料的光热转换性能。为此,我们总结了前一工作的仿生思路,进一步通过动植物中强化吸光的生物结构启发性的仿生分形结构设计策略,制备了一种仿生分形结构碳基光热转换材料（FCPP）,基于常见的生物质废物柚子皮（PPs）开发了一种新颖的低成本系统。FCPP显示出约98%的极高太阳能光谱吸收率,以及1.95 kg m-2 h-1的出色的水蒸发速率,其光热转换效率约为92.4%。另外,通过数值模拟方法和实验方法结合的思路明晰了仿生分形结构设计促进蒸发的物理机理。此外,相较于传统海水淡化技术,该系统在海水淡化应用中显示出极大的运行成本优势,并且其在污水处理应用中也具备一定的潜力。这是一次有见地的尝试,旨在提供创新多尺度结构设计策略,以开发生物质衍生的光热转换材料并构建仿生结构,实现有效的太阳能蒸发应用。