太陽能海水淡化已成為緩解淡水危機的綠色策略，高效持續(xù)地蒸發(fā)海水是其應用關鍵。仿生光熱織物可用于海水淡化？東華團隊在這一領域取得進展！
近日，東華大學先進纖維材料全國重點實驗室、材料科學與工程學院的研究團隊設計了一種仿生光熱織物。研究團隊以單根聚酯(PET)纖維為原料，通過編織技術將其制成二維織物，并賦予三層結構，促進織物四面同時蒸發(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，避免鹽結晶，實現了高效持續(xù)蒸發(fā)。這一研究成果為2D柔性光熱膜的大規(guī)模設計和太陽能驅動海水淡化工業(yè)化應用開辟了新視角，助力全球淡水資源危機的可持續(xù)解決。
相關研究成果以《可呼吸三層結構二維光熱織物的仿生設計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《先進材料》(Advanced Materials,2025,2420482)。東華大學先進纖維材料全國重點實驗室、材料科學與工程學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危巖教授的指導和支持。
太陽能海水淡化的核心是光熱材料和蒸發(fā)裝置�，F有光熱材料主要包括三維結構材料和二維膜。三維材料具有光吸收強、蒸發(fā)面積大、效率高等特性，但存在結構復雜、柔性差、表面易析鹽等問題。二維光熱膜具有低成本、柔性可攜帶、可規(guī)�；苽涞葍�(yōu)勢，但也存在蒸發(fā)面積受限、效率低等問題，限制了實際應用。
自然界植物以細胞為原料，構筑了二維樹葉，樹葉具有典型的三層結構，表面還分布著氣孔。樹葉光合作用過程中，水通過中間層輸送至氣孔附近，轉化為蒸汽后通過氣孔高效擴散到空氣中。受樹葉結構和蒸騰作用啟發(fā)，東華大學研究團隊以商用聚酯(PET)單根纖維為原料，通過編織技術構筑了二維PET織物，呈現出典型的三層結構(上層織物、下層織物、上下層間短纖維柱狀帶來的空氣層)。隨后，利用碳/高分子水凝膠對織物進行表面修飾，并通過激光在織物頂層雕刻氣孔陣列，最終獲得類樹葉結構的光熱織物(CPP-H)。
實驗結果顯示，CPP-H織物的太陽光吸收率顯著提升至96.1%，展現出低熱損失和優(yōu)異的光熱轉換性能，為高效太陽能海水蒸發(fā)提供了理想的光熱平臺。此外，織物表面富含極性官能團，可通過氫鍵和靜電相互作用調控表面水分子狀態(tài)，從而顯著降低水分子“逃逸”所需能量，進一步降低蒸發(fā)焓和提升蒸發(fā)效率。
未來，團隊將深入探索光熱織物的組分、微納結構等對光吸收、光熱轉換、蒸發(fā)過程的影響規(guī)律，進一步優(yōu)化蒸發(fā)速度并降低淡水生產成本，旨在為太陽能海水淡化走向產業(yè)化奠定基礎，助力構建淡水供給綠色體系。
