太阳能海水淡化技术,充分发挥太阳能清洁无污染和海水资源储量丰富的特点,有效解决了淡水资源短缺问题。其中,基于界面蒸发原理的新型太阳能光热技术,凭借淡化水质好、无需外加能源的优点,在满足小规模供水需求中发挥着不可替代的作用。然而,目前实现该技术的主体部分——光热蒸发结构多为二维形式,存在太阳能吸收率低、热损失大、蒸发速率不足、成本高等问题,光热转换和海水淡化效率还有待提高。为了解决这一问题,提出了三维金字塔状光热转换结构的设计,制备了三维多孔泡沫镍结构,并从提高毛细上升性能出发,设计制备了三维梯度多孔粉末结构,从室内实验和户外实验角度分析验证了三维结构优异的蒸发性能和海水淡化能力。主要内容包括:提出了一种以非贵金属泡沫镍为基体、碳材料为光吸收层的金字塔状三维光热结构的设计及制备。并以此构建COMSOL三维结构模型,与二维结构对比,从仿真角度说明所设计三维结构的优越性;对该结构进行了微观结构与光吸收性能等表征,验证了结构具有良好的光吸收率（99.2%）和碳附着稳定性。基于光热结构蒸发速率的影响因素,从提高三维金字塔结构表层的向上水输运性能出发,提出了一种小孔径的梯度多孔镍粉末结构的设计。采用烧结方式制备,并研究了烧结参数、造孔剂比例对结构收缩率、孔隙率、力学性能等物理量的影响。经过毛细吸液等测试,验证了该优化结构在不牺牲其他性能的基础上毛细上升水输运性能的提升。进行室内蒸发实验研究和户外海水淡化性能研究。设计并搭建了室内蒸发实验测试装置和小型户外海水淡化系统;揭示了两种三维结构高宽比、光照强度等参数对蒸发性能的影响规律;对比分析了相同条件下二维和三维结构的蒸发效率、热损失,得出三维结构在1个光强下的蒸发速率值大于1.50 kg·m-2·h-1,蒸发效率达89.5%,相比于同材料二维结构蒸发速率提升了10%以上,是相同参数下纯水蒸发速率的4.41倍。对于户外海水淡化研究,对比分析二维和三维结构以及两种三维结构的冷凝收集性能,并进行结构的长期蒸发测试和淡化水质检测。结果表明,三维光热结构展现出了优于二维结构的稳定蒸发及自清洁性能,晴朗天气下三维结构淡水收集速率最高可达0.94 kg·m-2·h-1;水中金属离子的浓度下降约3个数量级,淡化水质符合国际世卫组织饮用水标准。