全球淡水資源危機(jī)日益嚴(yán)峻，如何高效、環(huán)保地將浩瀚海洋轉(zhuǎn)化為可用淡水?能否誕生創(chuàng)新性解決方案?剛剛在《材料科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表綜述文章的東華大學(xué)朱美芳院士、陳志鋼教授團(tuán)隊(duì)給出了一個(gè)名為光熱織物的方案，為解決全球淡水資源危機(jī)提供了創(chuàng)新性解決方案，向我們闡述了光熱織物在太陽能(4.460, -0.04, -0.89%)海水淡化中的應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵：制備高效光熱轉(zhuǎn)換織物

“全球水資源中，海水占比高達(dá)96%，但如何將這一巨大的資源轉(zhuǎn)化為可用淡水，仍是亟待解決的核心課題?！敝烀婪荚菏块_門見山地指出。

傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)需要大量的能源供應(yīng)，通常依賴于化石燃料和電力，不僅成本高昂，還帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題。太陽能驅(qū)動(dòng)的海水淡化技術(shù)成為解決這一問題的理想選擇。該技術(shù)關(guān)鍵是制備光熱轉(zhuǎn)換薄膜。目前已開發(fā)出的光熱轉(zhuǎn)換薄膜蒸發(fā)性能較好,但在長期蒸發(fā)過程中，天然海水中各種礦物鹽可能會(huì)在光熱膜表面沉淀形成鹽結(jié)晶，降低光吸收并堵塞蒸汽通道，最終導(dǎo)致蒸發(fā)性能下降。

陳志鋼團(tuán)隊(duì)主要研究光熱材料和功能纖維，合成了一系列新型光熱納米材料，并開發(fā)了多種用于太陽能海水淡化的光熱轉(zhuǎn)換凝膠和光熱織物。陳志鋼告訴記者，光熱織物的粗糙紋理表面有助于陽光的多次吸收，從而提高光熱轉(zhuǎn)化效率；復(fù)雜的纖維結(jié)構(gòu)帶來高比表面積，顯著增強(qiáng)了蒸發(fā)過程中水與空氣的接觸界面；協(xié)同優(yōu)化的親水性和毛細(xì)作用，確保了海水在蒸發(fā)過程中的持續(xù)供應(yīng)；此外，織物具有高度柔性，能夠適配多種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)，且具備低成本和可規(guī)模化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，這些特性使其在大規(guī)模海水淡化中具有廣闊的應(yīng)用潛力。

在光熱織物的制備技術(shù)方面，團(tuán)隊(duì)采用了多種方法，包括表面改性、高溫碳化、靜電紡絲、氣噴紡絲和結(jié)構(gòu)編織等。其中，表面改性技術(shù)可以增強(qiáng)織物的光吸收能力，而靜電紡絲技術(shù)則能夠制備出具有高比表面積的納米纖維結(jié)構(gòu)，從而提升蒸發(fā)效率。

效果：蒸發(fā)器效率突破90%

在基于光熱織物的蒸發(fā)器設(shè)計(jì)方面，陳志鋼告訴記者，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)，包括漂浮型、翻轉(zhuǎn)型、三維隔離型、懸掛型和向光斜掛型蒸發(fā)器。最新研發(fā)的一系列織物基懸掛式非接觸蒸發(fā)裝置展現(xiàn)了低熱損失、雙面蒸發(fā)、不析鹽以及可長期持續(xù)運(yùn)行等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。在這類蒸發(fā)器中，海水通過毛細(xì)作用和重力滲入織物并沿著織物流動(dòng)。大部分流動(dòng)的海水在懸空織物的上、下雙表面進(jìn)行光熱蒸發(fā)，顯著提升了蒸發(fā)速率。同時(shí)，剩余的濃縮海水從織物最低處滴落，帶走鹽分，有效避免了固體鹽的析出，從而實(shí)現(xiàn)了長時(shí)間穩(wěn)定的運(yùn)行。

“通過優(yōu)化蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)，太陽能蒸發(fā)系統(tǒng)的效率已可突破90%?！标愔句摫硎?，這一突破為淡水資源開發(fā)提供了顛覆性解決方案。

除了海水淡化，光熱織物還能在哪些領(lǐng)域發(fā)揮作用?朱美芳院士指出，太陽能驅(qū)動(dòng)海水蒸發(fā)系統(tǒng)不僅可用于淡水生產(chǎn)，還可應(yīng)用于催化、發(fā)電以及鹽漬土修復(fù)等領(lǐng)域。她認(rèn)為，這一技術(shù)在解決淡水匱乏、能源短缺和環(huán)境污染等復(fù)雜挑戰(zhàn)中具有潛力，未來有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

應(yīng)用：產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還需時(shí)日

盡管光熱織物在太陽能海水淡化中展現(xiàn)出巨大潛力，但其產(chǎn)業(yè)化過程中仍面臨一些挑戰(zhàn)。朱美芳院士坦言，如何進(jìn)一步降低成本、提高規(guī)?；a(chǎn)效率以及優(yōu)化長期使用性能，是團(tuán)隊(duì)需要解決的關(guān)鍵問題。

“我們正在積極探索解決方案，力求將這一技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室推向大規(guī)模應(yīng)用?！敝烀婪荚菏勘硎?，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深入研究，推動(dòng)這一技術(shù)邁向新的高峰，為全球水資源可持續(xù)管理貢獻(xiàn)力量。

展望未來，朱美芳院士對(duì)光熱織物的應(yīng)用前景充滿期待。她表示，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步探索光熱織物的多功能特性，優(yōu)化太陽能蒸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并推動(dòng)其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。

“光熱織物的創(chuàng)新，不僅是一項(xiàng)技術(shù)突破，更是一種責(zé)任?！敝烀婪急硎?，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)致力于科技創(chuàng)新，助力全球水資源的可持續(xù)發(fā)展。未來，隨著技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用的不斷拓展，太陽能驅(qū)動(dòng)海水淡化技術(shù)有望在全球范圍內(nèi)發(fā)揮更加重要的作用。