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  淡水資源在所有生物的生命過程中發揮著不可或缺的作用，以高效和經濟的方式獲取淡水對于人類的可持續發展至關重要。太陽能光熱界面蒸發集水是目前解決全球淡水資源短缺最有前途和綠色可持續的解決方案之一。在過去的十年間，各種太陽能蒸發器在海水淡化中的應用得到了廣泛的關注。盡管光熱材料和太陽能蒸發系統的研究取得了快速而顯著的進步，但目前科學研究與實際應用之間的差距仍然是一個急需面對的挑戰。一方面，污染物、酸堿腐蝕、冰、風等外界因素都會對蒸發器的效率造成很大損失，更嚴重的是對蒸發器造成永久性損壞；此外，產業化和生產成本作為決定太陽能蒸發器競爭力的兩個關鍵因素，仍然需要進一步的開發和改進，才能促進太陽能蒸發系統的規模化推廣應用。因此，如何實現具有強化學、潤濕和熱穩定性的太陽能蒸發器的低成本、規模化制備至關重要。

  近日，華中科技大學瞿金平院士團隊提出了一種結合熔融共混和壓縮成型的聚合物成型方法（圖1），即微擠注壓縮成型，用于經濟高效地制造具有三維互連蒸汽逸出通道和表面微納結構的輕質聚乙烯/石墨烯納米片(PE/GNS)泡沫，其脆斷面和表面形貌如圖2,3所示。該微納結構PE/GNS泡沫材料表面展現出155±2°的接觸角、5±1°的滾動角和在300-2500 nm波長范圍內約1.6%的反射率。更有趣的是，微納結構PE/GNS泡沫表面可以在動態沖擊、高溫和酸/堿溶液下保持穩健的超疏水狀態（圖4）。這些結果意味著微納米結構的PE/GNs泡沫表面同時具有自清潔、被動防冰和光熱除冰性能（圖5）。此外，該泡沫在1個太陽光照射下的蒸發速率為1.83 kg m^-2 h^-1，并且在用作自浮式太陽能蒸發器時具有出色的抗鹽性能（圖6）。該方法為大規模生產適用于實際應用環境的太陽能蒸發器提供了一種理想的工業化制造方法。相關工作以“Cost-effective fabrication of micro-nanostructured superhydrophobic polyethylene/graphene foam with self-floating, optical trapping, acid-/alkali resistance for efficient photothermal deicing and interfacial evaporation”為題發表在Small上。

圖1 微納結構耐久性超疏水PE/GNS泡沫材料的制備過程原理示意圖

圖2 微納結構耐久性超疏水PE/GNS泡沫材料宏觀照片與斷面形貌

圖3 微納結構耐久性超疏水PE/GNS泡沫材料的表面形貌和抗反射機制

圖4 微納結構耐久性超疏水PE/GNS泡沫材料的表面潤濕耐久性與穩健性

圖5 MN-PEGNs10泡沫的被動防冰和主動除冰性能及光熱除冰機理

圖6 MN-PEGNs10泡沫的界面蒸發和抗鹽性能

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202200175

團隊簡介：

  華中科技大學瞿金平院士團隊自2019年組建至今，主要圍繞多相多組分體系傳遞與反應過程強化、生態難消納物質綠色化替代與再利用、功能材料綠色高效制造與產業化應用開展相關研究工作。團隊與國內外眾多高校、研究機構和企業保持密切合作，目前在研縱向和橫向項目多項，擁有一批先進的高分子材料合成、加工和測試表征儀器設備，具備完善的研究設施和科研條件。團隊常年招收碩士研究生、博士研究生、科研助理、機械工程師和博士后（niuran@hust.edu.cn；tingwu@hust.edu.cn）。 

謝恒，華中科技大學化學與化工學院博士后，主要研究方向為聚合物表面仿生構造與功能高分子材料，博士學位論文獲得中國機械工程學會第9屆“上銀優秀機械博士論文獎”佳作獎，已在Small、Chem. Eng. J.、Nanoscale、J. Bionic. Eng.、Soft Matter、Nanotechnology等具有重要影響力的國際刊物上發表SCI論文10余篇，授權發明專利8件，主持或參與國家自然科學基金、國家重點研發計劃等國家和省部級科技項目多項。

吳婷，華中科技大學化學與化工學院講師，主要研究方向為聚合物成型加工新方法和功能材料綠色高效制造技術，已在Adv. Mater.、Small、Chem. Eng. J.、Compos. Part A-Appl. S.、Compos. Sci. Technol.、Polymer、Soft Matter等具有重要影響力的國際刊物上發表SCI論文20余篇，其中一篇入選ESI Top 1%高被引，申請發明專利7件，主持和參與國家自然科學基金、國家重點研發計劃等國家和省部級科技項目多項，主持橫向項目2項。

牛冉，華中科技大學化學與化工學院研究員、博士生導師，主要研究領域為微納馬達和新能源材料。目前以第一或通訊作者身份在PRL、PNAS、Sci. Adv.、ACS Nano、Small、Energy Environ. Mater.、Chem. Eng. J.等具有重要影響力的國際刊物上發表SCI論文40余篇，主持承擔國家自然科學基金、重點研發計劃等國家和省部級科技項目多項，并獲得湖北省海外高層次人才計劃等多項榮譽獎勵。