廣東
近日，青島大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院仿生智能材料團(tuán)隊在界面太陽能蒸發(fā)器研究方面取得重要突破。相關(guān)成果以“Ultralow-Density Rigid Network Hydrogels Enable Ultrafast and Stable Solar Water Desalination”為題發(fā)表在國際頂級期刊 Nature Communications（2026, DOI: 10.1038/s41467-026-72288-w）上。論文共同第一作者為青島大學(xué)碩士研究生劉成飛和德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校雷楚昕博士；共同通訊作者為青島大學(xué)隋坤艷教授、范汶鑫教授與德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華教授。青島大學(xué)為第一通訊單位。
界面太陽能蒸汽發(fā)生（SVG）技術(shù)是海水淡化和水凈化領(lǐng)域的熱門方向，其中水凝膠基蒸發(fā)器因其高蒸發(fā)效率而備受關(guān)注。然而，這類器件在強(qiáng)光照射下常因水傳輸速率低導(dǎo)致性能急劇下降，限制了其實際應(yīng)用。水凝膠內(nèi)部水傳輸速率（qos）與材料中的水含量（cw）及滲透壓梯度（?πos）成正比，其關(guān)系可表示為qos∝?πos·cw。其中，?πos與（水分蒸發(fā)所誘導(dǎo)的）聚合物網(wǎng)絡(luò)密度梯度呈正相關(guān)。然而，高?πos通常源于光照側(cè)cw的急劇下降。因此，顯著提升水傳輸速率的核心挑戰(zhàn)在于：如何協(xié)調(diào)?πos與cw之間固有的權(quán)衡關(guān)系。
針對這一瓶頸，研究團(tuán)隊基于半剛性海洋多糖聚電解質(zhì)（殼聚糖與海藻酸鈉），開發(fā)出一種超低密度剛性網(wǎng)絡(luò)（ultra-low-density rigid network, ULR）水凝膠。該材料既能產(chǎn)生足夠的滲透壓梯度，又能維持較高的水含量，巧妙打破了二者之間的矛盾，實現(xiàn)了快速滲透供水。同時，其剛性的抗收縮骨架在強(qiáng)光照下依然保持分級多孔結(jié)構(gòu)，一方面通過毛細(xì)作用進(jìn)一步增強(qiáng)水輸送，另一方面為鹽離子的遷移提供暢通通道。實驗結(jié)果表明，ULR水凝膠太陽能蒸發(fā)器超越了傳統(tǒng)水凝膠的理論極限。在10倍太陽光強(qiáng)下，其蒸發(fā)速率高達(dá)25.57 kg·m?2·h?1，并可連續(xù)穩(wěn)定運行100小時。實際野外測試中，一套低成本ULR水凝膠模塊的日產(chǎn)水率達(dá)到138 L·m?2，相當(dāng)于每平方米每天產(chǎn)出12.42升可飲用淡水，可滿足數(shù)人的日常飲水需求。該工作將水凝膠基SVG技術(shù)推向了一種穩(wěn)健、經(jīng)濟(jì)且面向現(xiàn)實水資源短缺問題的實用化解決方案。
該團(tuán)隊長期致力于海洋聚電解質(zhì)基仿生功能水凝膠材料的構(gòu)建及其在柔性傳感、生物醫(yī)藥、軟體機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用研究，迄今已在Science Advances、Nature Communications、Angewandte Chemie International Edition、ACS Nano、Advanced Functional Materials等知名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表多篇高水平研究論文。
https://www.nature.com/articles/s41467-026-72288-w
來源：青島大學(xué)
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