南京工业大学AM：微流控技术打造弹性光热螺旋凝胶微纤维，实现高效太阳能蒸发与空间调控光-热-水管理

随着全球淡水资源需求日益增长，水污染与能源消耗问题不断加剧，可持续社会发展面临严峻挑战。传统海水淡化技术如反渗透、多级闪蒸和电渗析等虽已广泛应用，但其对化石燃料的高度依赖限制了长期可持续性。相比之下，太阳能驱动的界面蒸发技术利用光热材料将阳光转化为局部热能，在液-气界面实现高效、低能耗的淡水生产，成为一种极具前景的替代方案。理想的界面蒸发器需具备高效光吸收与光热转换、有效的水供应与热管理，以及稳定的抗盐性和多功能性。目前，多孔材料平台如凝胶、气凝胶、泡沫、海绵及聚合物纤维薄膜/织物等已被广泛开发。其中，纤维薄膜/织物凭借高比表面积、低热导率、可调毛细作用、柔性和可扩展性，成为关键平台。然而，传统平面纤维薄膜/织物的固有几何结构存在明显局限：蒸发面积受限，蒸汽扩散受薄而致密的膜结构阻碍，蒸发效率通常低于2.65 kg m⁻² h⁻¹，并易导致盐结晶积累。为克服二维结构织物的局限，将平面薄膜/织物转向三维设计以扩大蒸发面积并捕获额外能量成为研究热点。尽管已有折纸、金字塔、伞状、拱形等三维重构策略，但这些三维功能依赖于后处理、外部加工或对由一维纤维组成的二维基材的重新配置，其调控主要局限于表面修饰，三维特性多为“外部施加”，缺乏连续内部通道，难以实现光-热-水传输的真正空间协同，且往往牺牲结构稳定性、柔性和制造简便性。因此，亟需一种从根本上不同的方法，直接在纤维层面生成内在三维结构，而非依赖后处理重塑。螺旋结构作为一种从微观到宏观尺度广泛存在的几何构型，为将一维直纤维转化为具有连续中心空腔的螺旋纤维提供了创新途径，这种内在三维特征无法通过简单重塑二维织物实现。中心空腔可实现多方向能量与质量传递，螺旋纤维本质上超越了表面级调控，实现真正的三维空间调控，这是后处理二维织物所根本不具备的能力。这种维度转变不仅赋予光热纤维材料优异的拉伸性、压缩性和弹性，还为多功能集成提供了稳定且 robust 的平台。为此，研究者提出了一种通过微流控技术原位生成具有内在三维结构的弹性光热螺旋凝胶微纤维蒸发器，实现了光、热和水传输的空间调控，为高效太阳能蒸发提供了新范式（Scheme 1c）。

南京工业大学朱亮亮教授、新疆大学夏鑫教授合作提出了一种通过微流控技术将平面光热织物转向螺旋光热凝胶微纤维的策略，其具有内在三维结构、显著弹性和柔性。螺旋凝胶微纤维的独特中心空腔实现了光、热和水传输的空间调控，不仅扩大了蒸发面积，还有效局部化热能并捕获额外能量。通过调节螺旋螺距，水传输、蒸汽扩散和光捕获能力得到协同优化，在1个太阳照射下实现了3.65 kg m⁻² h⁻¹的蒸发速率，并具有优异的抗盐性。此外，螺旋微纤维织物的优异柔性赋予了非凡的结构可调性，使其能够进行太阳能跟踪蒸发。户外测试表明，该太阳能跟踪系统在约950 W m⁻²的太阳强度下，蒸发速率达到8.57 kg m⁻² h⁻¹，为高性能织物基蒸发器在可持续太阳能界面蒸发中提供了可行设计。相关论文以“Microfluidic-Enabled Elastic Photothermal Helical Gel Microfibers for High-Efficiency Solar Evaporation With Spatially Regulated Light-Thermal-Water Management”为题，发表在Advanced Materials上。

示意图1 (a) 直微纤维和(b) 螺旋微纤维的示意图。(c) 具有空间调控光-热-水传输的螺旋微纤维蒸发器示意图。

螺旋微纤维的制备基于微流控纺丝技术，通过物理化学相分离过程实现（图1a）。研究人员将海藻酸钠（SA）、羟乙基丙烯酰胺（HEA）和聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）的均匀溶液作为内相，氯化钙（CaCl₂）溶液与光引发剂1153混合作为外相。借助流体动力学聚焦效应，外流体在两种流体的汇聚点形成围绕前驱体流的同轴鞘层。当海藻酸钠基前驱体离开毛细管孔口时，Ca²⁺诱导的络合与紫外光聚合协同作用，从表面向内触发梯度交联。同时，由于流体摩擦差异，纤维横截面发生不对称固化，形成机械异质结构：刚性凝胶侧抵抗变形，而较软的未凝胶区域倾向于收缩。这种内应力失配迫使纤维逐渐向初始固化侧弯曲。最终，射流通过液体绳卷绕效应稳定地螺旋成具有均匀螺距的弹性螺旋微纤维，并连续收集在旋转轴上（图1b）。螺旋螺距和直径可通过调节流体流速和芯片直径有效控制。在固定外相流速条件下，螺旋螺距与外内流速比呈明显负相关（图1e）。研究人员制备了螺距为0.5、1.0、1.5和2.0 mm的螺旋微纤维（图1f）。虽然螺旋微纤维可在较宽流速范围内形成，但过高的外内流速比会导致射流收缩并粘附于毛细管壁，限制了可操作参数范围。螺距为1.0 mm的螺旋微纤维单喷嘴产率达到14.7 m h⁻¹，可通过并联喷嘴数量按比例放大。此外，当外相流不存在时，可获得形貌均匀的直微纤维（图1g）。纤维直径通过改变尖端内毛细管直径进行调控。这些参数为制备具有定制结构特征的螺旋微纤维奠定了可靠基础。与直微纤维相比，所制备的螺旋微纤维表现出改善的机械性能，其应力-应变行为差异显著（图1h）。直微纤维呈现典型脆性断裂特征，断裂应变仅为17%，断裂应力相对较高。相反，螺旋微纤维在拉伸过程中表现出平滑、连续、无屈服的J形曲线，断裂应变达到78%，约为直微纤维的五倍。此外，这种大变形是可恢复的（图1i）。在拉伸下，螺旋微纤维主要通过其螺旋环的渐进解卷来适应应变，而非材料本身伸长。载荷释放后，其固有弹性驱动螺旋微结构重建。这种可逆的卷绕-解卷机制是其能够承受反复弯曲和扭转而不发生永久变形或失效的关键。因此，螺旋微纤维表现出优异的贴合性，可完美贴合各种规则宏观结构，包括方形、圆形甚至复杂的六边形，并在手指关节弯曲等动态条件下保持紧密接触，凸显了其出色的表面适应性（图1j）。

图1(a) 微流控制备螺旋微纤维示意图；(b) 螺旋结构形成机理示意图；(c) 收集的螺旋微纤维照片；(d) 所制备螺旋微纤维照片；(e) 螺旋螺距随不同内相和外相注射速率的变化；(f,g) 对应照片；(h) 直微纤维和螺旋微纤维的拉伸应力；(i) 拉伸和恢复的螺旋微纤维照片，比例尺：1 cm；(j) 螺旋微纤维缠绕在不同模具和手指上的照片，比例尺：1 cm。

通过ATR-FTIR确认了SA、HEA和PEGDA成功聚合为螺旋微纤维（图2a）。在3300 cm⁻¹（-OH）、1720 cm⁻¹（酯C=O）和1033 cm⁻¹（C-O）处观察到特征吸收带。1635和1600 cm⁻¹处的峰分别对应C=C和酰胺C=O伸缩振动，1540和1408 cm⁻¹处的一对峰归属于-COO⁻基团的不对称和对称伸缩振动。所得聚合物（记为SHP）光谱中1635 cm⁻¹处-C=C双键峰的消失，证实了HEA和PEGDA与SA的成功共聚。通过扫描电子显微镜（SEM）检查了螺旋微纤维的表面纹理。微纤维表面呈现不规则皱纹、沟槽和孔隙，有助于提高比表面积（图2b）。纤维横截面进一步揭示丰富的内部孔隙，通过提供通道和液体储库促进快速吸水和水传输（图2c）。与这种结构一致，SHP螺旋纤维织物表现出良好的润湿性，可在0.2秒内完全水渗透（图2d），而纯SA纺织膜的水接触角为15°。独特的空间螺旋几何形状和良好的润湿性有利于水传输。对于螺距低于0.2 mm的微纤维，水在1.46秒内通过毛细作用沿纤维表面自发爬升至3 cm高度，一旦与重力平衡，上升停止（图2e）。这种向上运动主要由螺旋几何固有的毛细力驱动。同时，当充水螺旋纤维的螺距逐渐增大超过0.2 mm时，毛细力减弱，导致水在重力影响下向下排出。研究人员进一步分析了沿两条不同路径的液体传播：倾斜表面和微纤维内壁表面。对于倾斜表面情况，接触水后，纤维表现出润湿性，形成固-液接触角（θs,l）（图2f）。这种配置在两个倾斜表面之间产生毛细力，推动液体沿螺旋路径向上。对于内壁表面情况，液体在两个倾斜表面之间发生毛细上升，填充间隙空间并形成V形槽（图2g）。这创建了具有不同接触角θs,l的新毛细流动横截面，实现近垂直液体爬升。由于水膜界面的超亲水性（液-液接触角θl,l），沿内壁的上升相比倾斜表面略有延迟。不同水质导致不同的表面润湿性和θs,l，从而影响最大液体上升高度。为了在纺织层面调控液体传输，研究人员将螺距为0.5至2.0 mm的螺旋微纤维组装成亲水网络。纺织品中的毛细上升高度（h）由材料-水接触角（θ）和孔隙边长（a）决定（图2h）。在固定θ下，h随a增大而减小；在固定a下，h随θ增大而减小。通过精确调节螺旋微纤维的螺距（0.5、1.0、1.5和2.0 mm）并与直微纤维比较，有效调整了纺织品的等效孔结构和液体传输行为。基于Kozeny-Carman方程，渗透率（K）取决于孔隙率（ε）和纤维直径（固定为180 μm）。计算得到螺距为0.5、1.0、1.5和2.0 mm的渗透率分别为5.24×10⁻¹⁰、7.91×10⁻¹⁰、4.38×10⁻¹⁰和2.48×10⁻¹⁰ m² s⁻²（图2i）。在给定h下，液体速度与渗透率呈正相关。实验验证通过将纺织品一端浸入水中并固定另一端，允许自发毛细驱动上升。毛细上升动力学证实，不同螺距的纤维由于等效孔结构不同，在初始阶段表现出不同的液体吸收速率，与理论预测一致（图2j）。此外，结果定义了性能优化边界：螺距为1.0 mm的样品由于具有较高的渗透率和流速，实现了最高的水通量（0.71 g），同时保持可观的上升高度（约3.85 mm），促进了纤维网络内高效的水输送和保留（图2k）。相比之下，较小的螺距（0.5 mm）增加了毛细驱动力，但产生曲折狭窄的流动路径，导致更高的流动阻力、降低的渗透率和有限的整体液体传输能力（0.65 g）及毛细上升高度（约3.25 cm）。相反，较大的螺距（2.0 mm）导致毛细驱动力不足，水传输质量仅为0.52 g，上升高度约2.91 cm（图2l）。值得注意的是，所有螺旋微纤维均表现出显著高于直微纤维的液体传输性能。螺旋构型通过可调螺距精确调控毛细和渗透行为，由于其三维几何形状，促进连续稳定液膜的形成。这种强大且可控的毛细传输不仅支持高效的太阳能驱动界面蒸发，还暗示了在快速吸收纺织品、湿度自适应材料和可穿戴设备芯吸组件等更广泛液体管理应用中的潜力。

图2(a) SA和SHP的ATR-FTIR光谱；(b) SHP螺旋微纤维的表面和(c)横截面SEM图像；(d) SHP螺旋微纤维织物的接触角测量；(e) 螺距低于0.2 mm的单个螺旋微纤维上的自发向上水传输；(f) 螺旋微纤维倾斜表面上的毛细驱动液体流动；(g) 通过固体壁和超亲水水膜界面之间环形空间的液体传输；(h) 亲水织物中毛细上升随纱线材料水接触角和孔隙边长的变化；(i) 使用Kozeny-Carman方程计算的纺织品渗透率随流速的变化；(j) 不同螺距螺旋微纤维织物和直微纤维织物的毛细上升速率，(k) 传输质量和上升高度，以及(l) RhB溶液传输照片。

基于Y形微流控芯片，研究人员将多壁碳纳米管（MWCNTs）均匀掺入SHP基体中，然后挤出成光热螺旋微纤维（图3a）。MWCNTs的成功掺入进一步增强了螺旋微纤维的机械拉伸强度，达到2.25 MPa，与纯SHP螺旋微纤维相比提高了约100%。这种增强可归因于MWCNTs强界面相互作用诱导的SA链迁移率限制，同时也导致相应红外吸收峰的显著增强。所制备的光热螺旋微纤维随后被排列并编织成纺织品蒸发器，呈现明显的黑色（图3b）。SEM分析表明，MWCNTs的掺入显著改变了纤维微观结构。SHP微纤维光滑的皱纹表面转变为颗粒状形貌，其内部结构从松散多孔转变为致密化（图3c）。这种结构演变归因于纺丝过程中MWCNTs对聚合物链的有效限制，促进了更有序的分子排列。值得注意的是，MWCNTs的引入改善了光吸收。SHP-MWCNTs复合材料在350-2000 nm波长范围内表现出约92.0%的强光吸收，而SHP仅在800-1400 nm显示相对较高的吸收（图3d）。此外，螺旋微纤维具有三维螺旋几何形状，产生众多微观弯曲表面和空腔，诱导内部多次反射和散射，延长光路以增强光吸收，而直微纤维则主要允许直接透射，限制作用有限（图3e）。因此，螺旋微纤维织物可在10分钟内迅速将表面温度升至71.1°C，然后稳定在82°C，远高于直微纤维织物（20分钟为59.3°C，平衡温度72.4°C）和SHP薄膜（41°C），表明其作为太阳能蒸发器的高效光热转换材料潜力（图3f）。红外热图像进一步证实了螺旋微纤维织物在1个太阳照射下的优异热局部化能力（图3g）。还应注意到，螺旋微纤维织物的MWCNT负载量仅为相同尺寸直微纤维织物（厚度3 mm，面积1.5 cm²）的65.7%；螺旋微纤维织物的体积孔隙率达到72.4%，远高于直微纤维织物。为了评估蒸发性能，研究人员将螺旋微纤维蒸发器插入具有1.2×1.2 cm²方孔的隔热聚苯乙烯泡沫基板中，并配备芯吸纸条以最小化热损失并连续从本体储液器向蒸发器供水，蒸汽在螺旋微纤维界面产生（图3h）。首先通过监测含有不同MWCNTs量（如0.5、0.8、1.2和1.5 wt%）的螺旋微纤维蒸发器的蒸发速率来验证最佳MWCNTs含量。在1000 W m⁻²太阳照射下，获得的蒸发速率分别为2.75、3.26、3.65和3.66 kg m⁻² h⁻¹，表明1.2 wt% MWCNT含量最为有效。此外，评估了不同直径和螺距的螺旋微纤维蒸发器以及直微纤维。直径为100、180和500 μm的螺旋微纤维蒸发器蒸发速率分别为2.56、3.65和2.99 kg m⁻² h⁻¹，其中180 μm直径产生最高蒸发速率。对于直微纤维和螺距为0.5、1.0、1.5和2.0 mm的螺旋微纤维蒸发器，蒸发速率分别为2.05、3.21、3.65、2.87和2.35 kg m⁻² h⁻¹（图3i）。因此，螺距为1.0 mm的螺旋微纤维表现出最高蒸发速率，这可归因于其最佳渗透率和蒸汽扩散，实现了水供应与光热蒸发之间的平衡耦合。尽管螺距为1.0 mm的螺旋微纤维织物表现出最高的水保留量（0.292 g cm⁻²），但快速水蒸发速率和相似的表面温度（约43°C）不会导致蒸发过程中额外的热损失。此外，蒸发速率为3.65 kg m⁻² h⁻¹的螺旋微纤维蒸发器对应116.3%的太阳能-蒸汽转换效率，这归因于织物侧面从环境中收集能量，显著超过传统纺织品基蒸发器（图3j）。循环蒸发测试进一步证实了螺旋纤维蒸发器的优异稳定性。经过八次循环蒸发测试后，螺旋纤维保持完整的宏观形貌，无结构降解。机械测试表明，循环后纤维仍保持约2.0 MPa的拉伸强度，并表现出良好的压缩变形恢复能力，凸显了其在实际太阳能驱动蒸发中的潜力。拉曼光谱进一步揭示了SHP-MWCNTs微纤维中水分子状态的变化（图3k）。

图3(a) MWCNTs微流控掺入过程示意图；(b) 光热螺旋微纤维织物照片；(c) SHP-MWCNTs螺旋微纤维的SEM图像；(d) SHP-MWCNTs和SHP微纤维的UV-vis-NIR光谱；(e) 螺旋和直微纤维内光反射和散射示意图；(f) SHP、SHP-MWCNTs螺旋和直微纤维织物的表面温度演变；(g) 1个太阳照射下SHP-MWCNTs螺旋和直微纤维织物的红外热图像；(h) 螺旋微纤维织物蒸发器上的蒸发装置和蒸汽生成示意图；(i) 不同螺距螺旋微纤维蒸发器和直微纤维蒸发器的蒸发速率；(j) 螺旋微纤维蒸发器与其他报道的纤维基蒸发器的性能比较；(k) SHP-MWCNTs微纤维的拉曼光谱。

为了评估聚合物网络内蒸发所需的能量，研究人员详细表征了纤维材料中的水状态。根据与聚合物基体的相互作用，系统中的水可分为自由水（FW）、结合水（BW）和中间水（IW）（图4a）。其中，IW由于氢键相对较弱，表现出降低的蒸发焓。拉曼光谱显示3200和3989 cm⁻¹处的峰对应FW，3595和3680 cm⁻¹处的峰对应IW。IW比例（1.39）高于本体水（0.20-0.29），表明共聚凝胶聚合物网络中的官能团增加了IW比例，从而削弱水-水相互作用，允许蒸汽以更低能量输入逃逸，最终提高蒸发速率。对于纯SA系统，丰富的-OH和-COOH基团强烈结合水分子形成BW。围绕该层，IW通过多个相对较弱的氢键形成，而FW保持与本体水相似的几乎完整的氢键网络。引入HEA和PEGDA形成交联网络后，系统中大多数水分子转化为氢键减弱的IW，从而显著降低蒸发器的蒸发焓。DSC曲线显示SHP-MWCNTs的等效蒸发焓较低（1828.3 J g⁻¹），与SA-MWCNTs相比，比本体水低约390 J g⁻¹（图4b）。SA-MWCNTs和SHP-MWCNTs块体蒸发器的蒸发速率分别为2.33和2.56 kg m⁻² h⁻¹，表明SHP共聚网络在蒸发中的积极作用（图S17）。除了化学组分优化，螺旋微纤维结构进一步提高蒸发效率。与平面直微纤维相比，弯曲几何形状通过诱导反复反射、折射和散射增强光-物质相互作用，从而增加光子吸收。螺旋结构内截留的空气袋提供有效热绝缘，促进蒸发界面处的热局部化。此外，中心空隙和互连通道确保快速水补充，同时实现低阻力蒸汽逃逸，维持强大连续的蒸发驱动力（图4d）。为证实这些机制，研究人员进行了COMSOL模拟，比较螺旋和直微纤维蒸发器之间的热管理和蒸汽扩散。设定顶面温度43°C，直微纤维由于主导向下热传导和相当大的热损失，表现出明显的垂直温度梯度（图4e）。相反，螺旋结构将热量保留在顶部区域附近，由于曲折的热传输路径，表现出优异的热局部化（图4f）。在1 kW m⁻²照射下，其固定高度处的侧面温度始终低于直结构，进一步证实螺旋构型在顶部表面实现热局部化更为有效。蒸汽生成模拟揭示了同样明显的优势。整个螺旋和直微纤维蒸发器被建模为蒸汽生成和扩散域，结果使用对应蒸汽浓度的彩色图可视化。COMSOL模拟表明，螺旋微纤维蒸发器从初始时间（t=0 s）开始产生蒸汽。蒸汽浓度在120、300和600秒时分别达到约1.5、3.46和3.46 mol m⁻³，蒸汽通量稳定在3.46 mol m⁻³（图4g）。相比之下，直纤维蒸发器在t=120 s时仅达到约0.5 mol m⁻³的蒸汽浓度，在t=300 s时最大浓度为1.2 mol m⁻³。即使在t=600 s时，直纤维蒸发器释放的整体蒸汽浓度仍相对较低，为1.6 mol m⁻³，峰值蒸发通量仅为2.01 mol m⁻³，始终低于螺旋纤维蒸发器。这些结果表明，螺旋微纤维结构提供了更大的有效蒸发面积，并包含互连的空间扩散通道，显著降低蒸汽扩散阻力，从而实现更高的蒸发通量。

图4(a) SHP-MWCNTs中水分子状态示意图；(b) SHP-MWCNTs、SA-MWCNTs和本体水的DSC曲线；(c) SHP-MWCNTs相比SA-MWCNTs的等效蒸发焓降低；(d) 螺旋微纤维蒸发器中局部蒸发示意图；(e,f) 直微纤维(e)和螺旋微纤维(f)蒸发器中热管理的COMSOL模拟；(g) 螺旋微纤维蒸发器在0、120、300和600秒时的蒸汽扩散过程。

基于上述优势，研究人员进一步评估了螺旋微纤维蒸发器在盐水和户外条件下的实际脱盐性能。在3.5 wt% NaCl溶液中，螺旋微纤维蒸发器在连续9小时内保持3.5 kg m⁻² h⁻¹的稳定蒸发速率，即使在20 wt% NaCl溶液中，仍达到2.82 kg m⁻² h⁻¹的蒸发速率。直纤维蒸发器在前2小时表现出约2.49 kg m⁻² h⁻¹的初始蒸发速率，随后逐渐下降至第九小时的1.26 kg m⁻² h⁻¹（图5a）。为检验抗盐能力，将0.1 g NaCl晶体直接放置在每种蒸发器的顶面，而底面保持与本体水接触（图5b）。在螺旋蒸发器上，盐在5分钟内溶解并扩散回底层水，而直纤维需要近50分钟才能去除相同量的盐。这种快速排盐效应源于螺旋空间网络中高效的水传输，维持水-空气界面的连续水合，促进盐回流（图5c）。此外，螺旋结构广泛的液-气界面增强Marangoni对流：流体沿侧壁从低盐度流向高盐度区域，伴随补偿性向外流动。COMSOL模拟显示，直微纤维蒸发器中出现明显的盐沉积（图5d），而螺旋微纤维蒸发器则有效抑制了盐积累（图5e）。户外太阳能脱盐装置测试中，螺旋微纤维蒸发器在自然阳光下表现出优异的蒸发性能（图5f）。户外太阳强度、环境温度和水质量变化如图5g所示。金属离子浓度测试表明，净化后的冷凝水中Na⁺、Ca²⁺、K⁺和Mg²⁺浓度显著低于WHO标准（图5h）。该系统在pH=0、pH=13.82、AY和RhB溶液中均保持稳定蒸发速率（图5i）。pH指示条和UV-vis光谱证实，酸性和碱性水经处理后pH值接近中性（图5j），RhB和AY染料溶液经净化后吸收峰几乎消失，表明其出色的水质净化能力（图5k,l）。

图5(a) 螺旋和直微纤维蒸发器在3.5 wt% NaCl盐水中9小时的蒸发速率；(b) 螺旋和直纤维蒸发器的自清洁照片；(c) 螺旋微纤维蒸发器增强排盐机理示意图；直微纤维(d)和螺旋微纤维(e)蒸发器中盐沉积的COMSOL模拟；(f) 户外太阳能脱盐装置照片；(g) 户外太阳强度、环境温度和水质量变化；(h) 净化前后模拟海水中金属离子浓度；(i) 系统在pH=0、pH=13.82、AY和RhB溶液中的蒸发速率；(j) 酸/碱水处理前后pH指示条照片；净化前后RhB(k)和AY(l)溶液的UV-vis光谱，插图显示对应溶液照片。

螺旋微纤维蒸发器还具有优异的结构可调性，使其能够进行太阳能跟踪蒸发（图6a）。研究人员比较了弯曲角度对螺旋和直微纤维蒸发器水传输和蒸发性能的影响（图6b）。直微纤维蒸发器在15°和30°弯曲角度下，水传输能力下降，蒸发速率降低（图6c，图6e）。而螺旋微纤维蒸发器在15°、30°、60°和90°弯曲角度下均保持稳定的水传输和蒸发速率，表现出卓越的结构适应性（图6d）。在户外测试中，静态平面螺旋蒸发器、光跟踪螺旋和直微纤维蒸发器的蒸发速率被比较（图6g）。光跟踪螺旋微纤维蒸发器在户外测试期间表现出最高的蒸发速率，达到8.57 kg m⁻² h⁻¹，而静态平面螺旋蒸发器约为3.65 kg m⁻² h⁻¹。光跟踪直微纤维蒸发器性能较低（图6g）。此外，光跟踪螺旋蒸发器的投影蒸发面积大于静态平面蒸发器，进一步提高了光捕获效率（图6f）。总之，平面和三维光跟踪螺旋微纤维织物蒸发器均实现了优于类似纤维基材料和系统的蒸发速率，且材料成本低（每批约30.36美元），凸显了其实际应用潜力。因此，可以设想，集成可持续供电的螺旋微纤维蒸发器可实现有效的光跟踪蒸发，从而持续高产淡水。这种方法代表了一种高度适应、高效且可扩展的太阳能清洁水生产解决方案（图6h）。

图6(a) 用于光跟踪蒸发的螺旋和直微纤维蒸发器示意图；(b) 自然状态下螺旋和直微纤维蒸发器弯曲角度照片；(c) 不同弯曲角度下螺旋和直微纤维蒸发器的水传输照片：直微纤维在15°和30°，螺旋微纤维在15°、30°、60°和90°；(d) 螺旋微纤维蒸发器在15°、30°、60°和90°弯曲角度下的蒸发速率；(e) 直纤维蒸发器在15°和30°弯曲角度下的蒸发速率，阴影垂直地面部分；(f) 光跟踪和静态平面蒸发器投影蒸发面积比较；(g) 户外测试期间静态平面螺旋蒸发器、光跟踪螺旋和直微纤维蒸发器的太阳辐照度、环境温度和蒸发速率；(h) 螺旋纤维蒸发器用于淡水供应的潜力示意图。

综上所述，该研究展示了一种通过微流控策略制备的具有内在三维结构的螺旋凝胶微纤维太阳能蒸发器，实现了纤维层面光吸收、热局部化和水传输的空间协调调控。与传统直纤维组装的织物蒸发器相比，螺旋微纤维增强了多角度光捕获并延长了热传导路径，导致更有效的热局部化，而可调螺旋螺距平衡了毛细驱动力和结构渗透性，确保连续水供应。凝胶网络内水状态的调控显著降低了蒸发所需能量，等效蒸发焓约为1828 J g⁻¹，在1个太阳照射下蒸发速率达到3.65 kg m⁻² h⁻¹。此外，开放互连的微纤维结构促进蒸汽扩散并抑制盐积累，即使在高盐度环境中也能稳定运行。得益于螺旋微纤维的固有弹性和结构适应性，蒸发器在弯曲和动态光照下保持稳健性能，并可与光跟踪系统集成。在自然阳光（约950 W m⁻²）下，户外蒸发速率高达8.57 kg m⁻² h⁻¹，凸显了其实际应用潜力。这项工作展示了将所认为的二维织物在纤维层面转变为三维结构，为织物在可持续能源和环境应用中的新结构范式铺平了道路。展望未来，大面积制造、长期户外验证和可扩展生产仍是未来研究实现实际部署的关键优先事项。