四川大學張軍華教授團隊 ACS Nano:融合光譜操縱微納米結構和表面工程助力3D打印液態金屬水凝膠蒸發器實現耐鹽太陽能海水淡化
2024-02-22 來源:高分子科技
太陽能高效利用和捕獲技術被認為是解決全球能源與水資源短缺問題的有利途徑。利用寬帶太陽光譜進行海水淡化是一種很有前景的方法,無需復雜的基礎設施即可提供淡水。近年來,通過在材料微-納結構設計、水/蒸氣界面和水/鹽通道以及光熱調控方面進行不斷改進,以提高蒸發速率和光熱轉換效率。然而,部分蒸發器缺乏適當的設計來適配新型光熱轉換材料,優化并調節太陽能轉換過程中的熱能損失或鹽分積累問題,導致太陽能到蒸汽的效率受到限制。為此,通過設計新型光熱轉換材料和蒸發器結構實現高效太陽能生產清潔水仍是一個巨大的挑戰。
圖1.基于DLP 3D打印技術的三維錐形陣列PxLMTEi水凝膠光熱材料的設計,該材料具有寬帶太陽能吸收和局部維納米熱傳導能力。
圖2.液態金屬光熱復合納米材料(LMTEi)微相結構、光交聯/光熱性能、及其界面結合能分析表征。
圖3. MPNs組裝下三維毫錐形陣列混合水凝膠蒸發器的微結構演變,PxLMTEi@MPN水凝膠的組裝過程示意圖及其網絡狀結構和界面交聯特征的嵌入狀態。
研究發現,通過自下而上的策略進行合理設計,優化的3D打印PxLMTEi@MPN水凝膠蒸發器分別由用于高效光子收集的EGaIn 納米液滴(即LMTE6,光熱轉換效率為67.5%)和用于微-納通道供水的 MPN涂裝毫錐體陣列組成。協同作用下,太陽能蒸發器呈現了卓越的太陽能水蒸發能力(2.96 kg m-2 h-1,96.93% 的能效)和出色的太陽能海水淡化能力(鹽循環和特定地點鹽結晶)(圖4)。這項工作展示了新型基于 EGaIn 的光熱納米材料和一種構建太陽能驅動蒸發的熱傳遞的光固化3D打印工藝方法,重點是多功能太陽能蒸發系統的集成(圖5)。
圖5.優化PxLMTEi@MPN基太陽能海水淡化系統的建立和驗證。
原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.3c12574
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(責任編輯:xu)
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