余桂华AFM仿生组装海绵状水凝胶用于高效太阳能水净化

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用于界面太阳能蒸汽生成(SVG)的水凝胶蒸发器已成为淡水生产的一种有前途和可持续的策略。然而，开发一种绿色和简单的方法来制造多孔水凝胶蒸发器，这种蒸发器具有可调的多孔结构和优越的机械性能，仍然是一个挑战。低温组装模板和聚合(CTP)是一种生态、简单而有效的方法来合成具有优异力学性能的海绵状水凝胶(SPHs)。此外，受针叶树植物径向排列的微通道和具有令人印象深刻的水输送能力的垂直容器的结构几何形状的启发，具有仿生组装结构(B-SPH)的多两性离子SPH蒸发器与散装水凝胶相比，水输送速率提高了近2个数量级。在一次太阳照射下，B-SPH还使SVG速率高达≈3.45 kg m−2 h−1，能量效率≈95%。此外，制备的材料即使经过上百次的轧制、折叠和扭转，也具有稳定的力学性能和SVG性能。预计通过CTP方法制备的B-SPH将以高效节能的方式为具有精细多孔结构和持久机械性能的可扩展水凝胶基蒸发器提供见解。

图文简介

sph的结构设计与力学性能。a)针叶树光学照片。b)沿径向和垂直方向排列通道的针叶树横切面和c)纵切面。d)三种SPHs的CTP合成方法示意图。制备水凝胶前体溶液，倒入指定的制冰模具中冷冻。定向结构生成后，冷冻前驱体进行低温聚合形成聚合物网络。然后移除冰模板，并在网络上涂上Ppy。e)证明B-SPHs在弯曲、扭转和打结后的优越力学性能。f)机械应力下B-SPHs与散装水凝胶的比较。g) B-SPH和散装水凝胶样品的压缩应力-应变曲线。

SPHs和散装水凝胶的结构形态和相应的水输运。a - d)体块水凝胶的SEM图像a)， R-SPH b)， V-SPH c)， b - sph d)。e)体块水凝胶和sph的饱和含水量。f)散装水凝胶和SPHs的膨胀行为和计算的输水率。g) B-SPH横断面和俯视图的几何形状。h)不同类型sph和散装水凝胶的顶面速度分布。i)使用Star-CCM+计算sph和散装水凝胶的输水率。

B-SPH在实际应用中的太阳能脱盐性能和耐久性。a、b)净化前后测量的离子浓度符合WHO标准;5个原生离子a)，重金属离子b)。c)在纯水中连续7天SVG性能稳定。d) 100次卷、折、捻后蒸发速率恒定。

论文信息

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202303883

通讯作者：德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华

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