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仿生光热织物助力太阳能海水淡化

文章来源：中化新网更新时间：2025-03-24 15:58:56

中化新网讯太阳能海水淡化技术被誉为解决淡水危机的“顶流方案”。近日，东华大学陈志钢研究团队通过仿生设计，开发出一种具有三层结构的透气性光热织物蒸发器，不仅实现了四面高效蒸发，还突破了盐结晶瓶颈，为海水淡化工业化应用按下了加速键。相关研究成果发表在《先进材料》上。

　　植物叶片为何能通过薄薄的表层完成高效蒸腾?答案在于其精妙的三层构造——表皮层锁水、中间层输水、气孔层蒸发。研究团队将这一自然智慧“复刻”到人造材料上，以商用聚酯(PET)单根纤维为原料，通过织造与激光雕刻技术，制备出一种可呼吸的二维三层结构光热织物。据陈志钢研究团队成员胡金晶介绍，他们利用碳/高分子水凝胶对织物进行表面修饰，并通过激光在织物顶层雕刻气孔阵列，最终获得类树叶结构的光热织物。这种织物具有上层织物、下层织物以及上下层间短纤维柱状带来的空气层，形成了创新的三层结构，同时保留了二维材料的灵活性和可扩展性。

　　经实验验证，这种织物具有广谱和96.1%的高太阳能吸收效率，几乎可以“榨干”每一缕阳光。空气填充的气孔和中间层有效降低了蒸发过程中的热损失，带来了更优异的光热转换性能，为高效太阳能海水蒸发提供了理想的光热平台。此外，织物表面含有大量的极性官能团，可通过强氢键和静电相互作用调控表面水分子状态，显著降低水分子“逃逸”所需能量，从而进一步降低蒸发焓并提升蒸发效率。

　　以该织物构筑的向光斜挂蒸发器如同“人工树叶”，海水沿着上下织物层流动，实现了从高海水槽向低空槽的海水传输。在阳光照射下，织物吸收太阳光并将其转化为热能，促使海水在顶层织物的上下表面和底层织物的上下表面同时蒸发。蒸发后剩余的浓缩海水则从织物底端滴落至低空收集槽，彻底规避了蒸发表面盐分堆积的问题。胡金晶比喻道：“传统二维膜像单面煎锅，我们则造出了能‘四面包裹蒸发’的智能蒸笼。”研究显示，其蒸发速率是传统二维膜的1.6倍。

　　该织物还具有显著的成本优势，其原料聚酯纤维价格仅为水凝胶的1/3，且编织工艺与纺织工业兼容。陈志钢指出：“三维水凝胶蒸发器就像定制西装，我们的织物则是可批量裁剪的布料。”正在进行的后续研究表明，向光斜挂蒸发器能在连续千小时测试中实现蒸发表面无盐结晶析出。这种蒸发器底部的卤水滴落设计如同“自动排盐阀”，解决了行业长期以来的痛点。

　　这一研究成果为2D柔性光热膜的大规模设计和太阳能驱动海水淡化工业化应用开辟了新视角，为解决全球淡水资源危机提供了创新解决方案。

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