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中國科學院過程工程研究所研發耐極端環境光熱陶瓷纖維膜材料

文章來源：全球新材料網更新時間：2025-06-13 15:47:51

本報訊（記者甘曉）中國科學院過程工程研究所介科學與工程全國重點實驗室研究員王鈺團隊研發出一種以一維Ti2AlSnC MAX相納米纖維膜為光熱層的光熱蒸發器，可在強酸、強堿、高鹽度廢水等極端環境下高效、穩定地利用太陽能生產淡水。近期，相關研究成果發表于《美國化學會-納米》。

太陽能驅動界面蒸發技術是一種利用太陽能進行高效蒸發的新技術，因零碳排、高能效及模塊化優勢，成為可持續生產淡水的有效解決方案。然而，傳統光熱材料對極端環境適應性不足、化學穩定性差、多功能性缺失等問題會導致蒸發性能迅速下降，嚴重制約其應用。

針對這一難題，研究團隊引入了具有金屬與陶瓷雙重特性的MAX相材料，該材料兼具陶瓷的高硬度、耐高溫、耐腐蝕特性和金屬的導電性、導熱性和耐輻射性。研究人員通過調控A位元素（Sn/Al）固溶體，合成了一維Ti2AlSnC納米纖維膜。該材料不僅具備超90%的寬光譜吸收率和高效光熱轉換能力，還展現出卓越的化學穩定性與機械柔韌性。Ti2AlSnC納米纖維的親水性表面及多孔結構顯著降低了水蒸發焓，形成易于蒸發的“中間水”簇，可有效提升蒸發性能。

研究團隊基于這一纖維材料，設計出多種蒸發器結構以減少能耗，并結合焦耳加熱模塊協同調控熱管理，進一步擺脫光熱蒸發技術對光照條件的依賴。實驗中，在低光照或無光條件下，該蒸發器僅需小于3V的低電壓輸入，即可全天候生產淡水。此外，該蒸發器可有效抑制鹽結晶堆積，在20wt%高鹽度廢水中仍維持高效脫鹽性能。

相關論文信息：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c03189

《中國科學報》 (2025-05-14 第4版綜合)

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