太陽(yáng)能海水淡化已成為緩解淡水危機(jī)的綠色策略，高效持續(xù)地蒸發(fā)海水是其應(yīng)用關(guān)鍵。仿生光熱織物可用于海水淡化？東華團(tuán)隊(duì)在這一領(lǐng)域取得進(jìn)展！

　　近日，東華大學(xué)先進(jìn)纖維材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、材料科學(xué)與工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種仿生光熱織物。研究團(tuán)隊(duì)以單根聚酯(PET)纖維為原料，通過(guò)編織技術(shù)將其制成二維織物，并賦予三層結(jié)構(gòu)，促進(jìn)織物四面同時(shí)蒸發(fā)，仿佛植物葉片的蒸騰作用，剩余海水濃縮為鹵水從織物底部滴落，避免鹽結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)了高效持續(xù)蒸發(fā)。這一研究成果為2D柔性光熱膜的大規(guī)模設(shè)計(jì)和太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)海水淡化工業(yè)化應(yīng)用開(kāi)辟了新視角，助力全球淡水資源危機(jī)的可持續(xù)解決。

　　相關(guān)研究成果以《可呼吸三層結(jié)構(gòu)二維光熱織物的仿生設(shè)計(jì)及其用于海水高效四面蒸發(fā)》(Biomimetic Design of Breathable 2D Photothermal Fabric with Three-Layered Structure for Efficient Four-Plane Evaporation of Seawater)為題發(fā)表于《先進(jìn)材料》(Advanced Materials,2025,2420482)。東華大學(xué)先進(jìn)纖維材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生胡金晶為第一作者，陳志鋼研究員為通訊作者；該研究也得到了清華大學(xué)危巖教授的指導(dǎo)和支持。

　　太陽(yáng)能海水淡化的核心是光熱材料和蒸發(fā)裝置。現(xiàn)有光熱材料主要包括三維結(jié)構(gòu)材料和二維膜。三維材料具有光吸收強(qiáng)、蒸發(fā)面積大、效率高等特性，但存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、柔性差、表面易析鹽等問(wèn)題。二維光熱膜具有低成本、柔性可攜帶、可規(guī)模化制備等優(yōu)勢(shì)，但也存在蒸發(fā)面積受限、效率低等問(wèn)題，限制了實(shí)際應(yīng)用。

　　自然界植物以細(xì)胞為原料，構(gòu)筑了二維樹(shù)葉，樹(shù)葉具有典型的三層結(jié)構(gòu)，表面還分布著氣孔。樹(shù)葉光合作用過(guò)程中，水通過(guò)中間層輸送至氣孔附近，轉(zhuǎn)化為蒸汽后通過(guò)氣孔高效擴(kuò)散到空氣中。受樹(shù)葉結(jié)構(gòu)和蒸騰作用啟發(fā)，東華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)以商用聚酯(PET)單根纖維為原料，通過(guò)編織技術(shù)構(gòu)筑了二維PET織物，呈現(xiàn)出典型的三層結(jié)構(gòu)(上層織物、下層織物、上下層間短纖維柱狀帶來(lái)的空氣層)。隨后，利用碳/高分子水凝膠對(duì)織物進(jìn)行表面修飾，并通過(guò)激光在織物頂層雕刻氣孔陣列，最終獲得類(lèi)樹(shù)葉結(jié)構(gòu)的光熱織物(CPP-H)。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，CPP-H織物的太陽(yáng)光吸收率顯著提升至96.1%，展現(xiàn)出低熱損失和優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能，為高效太陽(yáng)能海水蒸發(fā)提供了理想的光熱平臺(tái)。此外，織物表面富含極性官能團(tuán)，可通過(guò)氫鍵和靜電相互作用調(diào)控表面水分子狀態(tài)，從而顯著降低水分子“逃逸”所需能量，進(jìn)一步降低蒸發(fā)焓和提升蒸發(fā)效率。

　　未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將深入探索光熱織物的組分、微納結(jié)構(gòu)等對(duì)光吸收、光熱轉(zhuǎn)換、蒸發(fā)過(guò)程的影響規(guī)律，進(jìn)一步優(yōu)化蒸發(fā)速度并降低淡水生產(chǎn)成本，旨在為太陽(yáng)能海水淡化走向產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)，助力構(gòu)建淡水供給綠色體系。