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南通大學劉慧副教授、福州大學賴躍坤教授 AFM:可控水/光雙重響應型中空水凝膠纖維驅動器實現高效脫鹽及防鹽沉積
2023-06-07  來源:高分子科技

  能夠感知、適應并與環境刺激相互作用的智能纖維驅動器有著良好的應用前景。然而,傳統的纖維制動器在對復雜環境的快速傳感和驅動依然存在著困難。此外,太陽能蒸汽冷凝法是一種很有前途的連續海水脫鹽技術。然而,隨著時間積累,蒸發裝置上會形成鹽積累,不利于穩定和可持續的水蒸汽產生,并且鹽在材料表面的積累會破壞材料的光熱轉換性能,從而降低蒸發效率。


  近期,南通大學劉慧副教授課題組與福州大學賴躍坤教授團隊合作,通過同軸濕法紡絲制備了一種中空石墨烯水凝膠纖維,再經過加捻、折疊、卷繞得到一種智能型雙螺旋纖維驅動器(RGO@HHF:還原石墨烯中空水凝膠纖維)(圖1);谥锌战Y構的優異的吸水性能和石墨烯材料的高效的光熱轉換性能,該驅動器可以在水、光響應下快速實現動態自動伸長/收縮過程(圖2),最大驅動收縮率分別達到83%、78%,響應速率分別可達3.8% s-1 3.55% s-1;诖耍@種動態可逆響應運動使其可實現脫鹽工藝以及防鹽沉積,纖維驅動器首先吸收海水,在水響應下實現收縮,然后在光照下,海水蒸發,驅動器伸長繼續吸收水分,以此實現脫鹽循環工藝,在這一往復過程中,纖維驅動器表面積累的鹽分會溶解在海水中,解決了鹽沉積的問題,為實現可持續海水淡化提供了可靠的應用前景。(圖3) 


圖1:制作工藝示意圖: a) 濕紡和b) RGO@HHF的加捻工藝。c) RGO@HHF的變形機理。d)實心和中空纖維吸水時的膨脹行為。e)同手性(Z-Z, S-S扭轉)和異手性(Z-S, S-Z扭轉) RGO@HHF的響應行為示意圖。f) RGO@HHF的海水淡化應用。 


圖2a1)雙加捻RGO@SHF(實心水凝膠纖維)和RGO@HHF(中空水凝膠纖維)在水刺激下的動態收縮過程。a2)雙加捻HHF和RGO@HHF在光刺激下的動態收縮過程。b)同手性和異手性的雙加捻RGO@HHF纖維的伸長/收縮驅動示意圖。異手性(c)和同手性(d)雙加捻纖維驅動器在水和光刺激下的動態收縮和伸長過程。 


3a) 雙加捻RGO@HHF的脫鹽過程。b) 在20wt % NaCl溶液中脫鹽過程中,一個太陽光強度照射下的RGO@HHF隨時間變化的紅外圖像。c) 延時快照顯示了原始RGO@HHF纖維和d)雙加捻RGO@HHF纖維在脫鹽過程中的鹽積累。e) 20 wt% NaCl溶液中,雙加捻RGO@HHF纖維在不同光照條件下的溫度變化。f) 不同太陽光強度照射下水分隨時間的變化。g) 雙加捻RGO@HHF纖維在不同鹽濃度下的重量變化情況。h) 雙加捻RGO@HHF纖維在不同鹽濃度下的蒸發速率。i, j) 原始鹽水和收集到的冷凝蒸汽水在經過太陽熱蒸發后的離子濃度。


  該研究成果以“Programmable Water/Light Dual-Responsive Hollow Hydrogel Fiber Actuator for Efficient Desalination with Anti-Salt Accumulation”為題發表在《Advanced Functional Materials》上。南通大學紡織服裝學院劉慧副教授為第一作者,福州大學石油化工學院賴躍坤教授為通訊作者。該項工作得到了國家自然科學基金項目的支持。


  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202302038

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