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  隨著人類社會的快速發(fā)展，淡水資源的匱乏已成為人類社會有待解決的巨大難題。目前，數(shù)十億人飽受淡水短缺的影響。因此，提供充足的淡水是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。界面光蒸汽轉(zhuǎn)換技術(shù)（ISSG）可以有效地從海水、湖水和工業(yè)廢水中獲取淡水，已成為解決淡水短缺最有前途的策略之一。為提高太陽能蒸發(fā)器的光-蒸汽轉(zhuǎn)換性能，研究者通常選用各式各樣的親水基體來保證快速的水供應(yīng)。然而，過快的供水會使得蒸發(fā)器內(nèi)部存在大量未蒸發(fā)的水，這不僅浪費了由光熱轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的能量，而且加劇了熱傳導(dǎo)損失，削弱了熱局域化效應(yīng)。這些阻礙了蒸發(fā)器水蒸發(fā)率的進一步提高。

  近日，鄭州大學(xué)劉文濤教授帶領(lǐng)的智能高分子材料團隊（SPM）與鄭州大學(xué)胡俊華教授、湖北大學(xué)Muhammad Sultan Irshad博士合作，受阿拉伯圓頂建筑風格的啟發(fā)，通過在天然玉米秸稈（NCS）的空腔中發(fā)泡秸稈基光熱聚氨酯海綿（SPPU）得到太陽能蒸發(fā)器。這種分層設(shè)計在ISSG期間將水截留在SPPU和NCS之間的界面處，從而平衡水的供應(yīng)和蒸發(fā)，強化了熱局域化效應(yīng)。此外，阿拉伯圓頂式結(jié)構(gòu)的SSPU確保了在不同光入射角下的出色光熱轉(zhuǎn)換。制備的蒸發(fā)器在1個太陽光照下顯示出出色的蒸發(fā)率（2.18 kg/m²/h），并且在一天的自然陽光下的淡水產(chǎn)量可達3.58 kg/m²。 

圖1秸稈衍生的3D太陽能蒸發(fā)器的制備示意圖。 

圖2（a和e）SPPU-0、（b和f）SPPU-1、（c和g）SPPU-2和（d和h）SPPU-3的SEM圖像。樣品的（i） 孔隙率，（j）密度，（k）光照下的表面溫度，以及（l）紅外熱成像圖。

圖3 不同的（a）HPC含量和（b）高度比例（空腔與吸管的高度比）對SPPU@NCS蒸發(fā)速率的影響。基于響應(yīng)面分析擬合的（c）三維曲面和（d）映射的模型。

圖4 在（a）黑暗和（b）光照下，漂浮在水面上的太陽能吸收器的質(zhì)量隨時間的變化。（c） 穩(wěn)定ISSG期間太陽能吸收器中的水分分布示意圖。（d）SPPU和（e）SPPU@NCS表面溫度分布的COMSOL模擬圖。（f）SPPU和SPPU@NCS的水蒸發(fā)性能。

圖5 在不同角度光照下，（a-c）圓柱形蒸發(fā)器和（d-f）阿拉伯式蒸發(fā)器表面溫度分布的COMSOL模擬圖，以及蒸發(fā)器的（g）表面溫度和（h）蒸發(fā)率圖。