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  隨著人類社會的快速發展，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性的工作。界面光蒸汽轉換技術（ISSG）可以有效地從海水、湖水和工業廢水中獲取淡水，已成為解決淡水短缺最有前途的策略之一。為提高太陽能蒸發器的光-蒸汽轉換性能，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。然而，過快的供水會使得蒸發器內部存在大量未蒸發的水，這不僅浪費了由光熱轉換產生的能量，而且加劇了熱傳導損失，削弱了熱局域化效應。這些阻礙了蒸發器水蒸發率的進一步提高。

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

圖1秸稈衍生的3D太陽能蒸發器的制備示意圖。 

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蒸發速率的影響。基于響應面分析擬合的（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量隨時間的變化。（c） 穩定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的水蒸發性能。

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

  論文信息

  Arabic-dome-inspired hierarchical design for stable and high-efficiency solar-driven seawater desalination

  Changyuan Song , Muhammad Sultan Irshad, Yin Jin , Junhua Hu *, Wentao Liu *

  Desalination 544 (2022) 116125

  https://doi.org/10.1016/j.desal.2022.116125