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  隨著社會經濟的發展和人民生活水平的提高，人們對于室內環境舒適度的要求越來越高。空氣相對濕度作為衡量室內環境的一項重要參數，對人體健康、室內空氣質量以及物品的存放都具有重要意義，因而濕度調節也成為室內環境調控的重要環節。此外，大氣濕度被認為是一種過剩的水源，通過從潮濕空氣中收集水分來生產淡水在可持續供水方面展現了巨大潛力。干燥劑材料在除濕和大氣集水中起著至關重要的作用，而目前的干燥劑材料吸濕性和循環穩定性有限且水蒸氣脫附能耗高。因此，亟需開發低能耗、高性能的除濕材料，以實現能耗和室內舒適度之間的理想平衡。太陽能作為一種可再生能源，太陽能驅動的除濕技術極具節能潛力和生態經濟效益，在除濕領域具有良好的應用前景。

  自然界中的木頭具有水平方向上的胞腔網孔結構和垂直方向上的互聯通道，該特殊結構有助于通過蒸騰作用將水分從地面往枝葉傳輸。受該獨特結構和性能的啟發，東華大學紡織科技創新中心俞建勇院士和丁彬教授帶領的納米纖維研究團隊創新性提出了一種仿生木頭胞腔網孔結構纖維基除濕材料的可控制備策略，利用靜電紡絲技術構筑仿生木頭胞腔網孔結構干燥層，結構成型涉及荷電射流拉伸形變、聚集成束、纖維束分枝堆砌等動態過程，在表面張力和靜電斥力的競爭作用下，荷電纖維束誘導胞腔網孔堆砌結構自組裝成型。該除濕材料可提供水分在厚度方向傳導/面內擴散的定向傳輸通道，使吸收的水分子在太陽光照射下自發地通過除濕材料傳導到室外，實現太陽能驅動的室內連續除濕。

圖1. 受木頭啟發的納米纖維基除濕材料設計。（a–c）由樹干獲得的天然木頭的特殊結構；（d）具有仿生木頭胞腔網孔結構的干燥層納米纖維膜的宏觀形貌；（e）仿生雙層納米纖維膜的制備流程圖；（f）在太陽光照射下雙層納米纖維透濕膜的水分傳輸路徑。

  所制備的纖維基除濕材料中的干燥層具有優異的吸濕集水性能，在90%相對濕度下，吸濕量高達3.01g/g，具有快速的吸濕、傳濕速率以及優異的循環穩定性，且能夠實現高濕環境下的大氣集水。纖維基除濕材料中光熱層的太陽能吸收率高達93%，光熱轉換效率高、透濕性好，有效促進了水分蒸發。在一個太陽光照射下，該纖維基除濕材料能有效地將室內相對濕度降低到中等水平（40-60%RH），滿足人體舒適需求。這項工作為開發新一代高性能納米纖維基除濕材料用于節能型濕度控制和大氣集水開辟了道路。這種超吸濕納米纖維膜也將為開發建筑物透濕窗和精密電子設備內部的濕度控制器提供新機遇。

圖2. 除濕性能與應用模型。（a）紅外熱成像揭示一個太陽光照射下的納米纖維膜表面溫度分布；（b）納米纖維膜表面溫度隨太陽光照射時間的變化；（c）納米纖維膜的質量變化與太陽光照射時間的關系；（d）納米纖維膜的水分蒸發速率隨時間的變化；（e）雙層納米纖維膜的放大樣品；（f）用于連續除濕測試的縮小房子模型；（g）模擬太陽光照射下的除濕模型示意圖；（h）水分在除濕模型中的運動最終實現室內除濕的原理圖；（i）一個太陽光照射下室內相對濕度和溫度隨時間的變化曲線；（j）應用模型：新型懸掛式大氣水收集器；（k）智能窗概念：雙層膜作為室內除濕材料。

  相關工作近期以“Super hygroscopic nanofibrous membrane-based moisture pump for solar-driven indoor dehumidification”為題被Nature Communications（Nat. Commun. 2020, 11, 3302）在線發表。論文第一作者為東華大學紡織學院博士生張宇菲，共同通訊作者為丁彬教授和王先鋒研究員。該工作得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金項目的大力資助。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-17118-3