Работа посвящена поиску новых электродных материалов для низкотемпературных термоэмиссионных преобразователей. Показано, что добавление к чистому порошковому титану углеродных наноструктур (УНС) в количестве от 3 до 9% масс. и последующее их механическое перемешивание приводят к образованию композитов, которые приобретают новые качества, не присущие ни одному из их исходных чистых составляющих. Так, наблюдаются существенные изменения механических и электрических характеристик композитов, например, значительные изменения (до 2 порядков величины) их электропроводности в исходном состоянии и существенный рост (в 1,6–5 раз) максимальных значений электропроводности композитов в условиях их сжатия по сравнению с чистыми порошком Ti и терморасширенным графитом (ТРГ). Металлические частицы выступают для проводящей сети из УНС преимущественно в роли поставщика свободных носителей заряда, в том числе «горячих». Это позволяет использовать такие композиты при создании катодных материалов для низкотемпературных термоэмиссионных преобразователей (ТЭП). Для таких ТЭПов важны как высокие показатели неравновесности электронной подсистемы, так и электронная структура и геометрия поверхности, например, значительное аспектное соотношение для отдельно расположенных элементов поверхности, которое обеспечивается выходом на поверхность композита тонких игл углеродных нанотрубок и тонких лезвий графеновых плоскостей ТРГ. В работе проведено исследование эмиссионных свойств таких композитных материалов в условиях их освещения концентрированным солнечным светом. Так, на образцах Ti–ТРГ при температурах 170–350°C, что в 3–5 раз ниже рабочих температур традиционных ТЭП из тугоплавких металлов, наблюдались напряжение и, впервые, постоянный ток в замкнутой электрическом контуре без приложения дополнительной внешней разности потенциалов. Установлено, что, кроме уменьшения вклада термического механизма электронной эмиссии в пользу автоэлектронного, существенную роль играет влияние ионизированных остаточных газов в форвакуумной камере, особенно ионов цезия, которые обеспечивают уменьшение работы выхода электронов с поверхности композитных наноструктур и компенсируют пространственный заряд. Обнаружено, что под воздействием концентрированного солнечного излучения происходит изменение морфологии поверхности композитного образца за счёт образования на частицах Ti большого количества новых УНС диаметром 20–80 нм, которые также выступают в качестве источников электронной эмиссии, повышая эмиссионную эффективность катода и понижая его рабочую температуру благодаря их малой толщине и отрицательному сродству углерода в $sp^3$-гибридизированном состоянии к электронам.