基于热辐射-对流混合机制的水热分离蒸发器设计及其在高效太阳能界面蒸发中的应用

本文设计了一种基于柱状墨花的水热分离结构太阳能蒸发器（C-IF），通过热辐射-对流混合机制实现高效太阳能界面蒸发（SDIE）。该结构将光热转化热量限制在气-水界面层，有效抑制盐分积累并减少热损失，在1 sun照射下蒸发速率达5.06 kg·m?2·h?1，突破传统理论极限（1.4 kg·m?2·h?1），且具备9小时连续稳定蒸发能力，为海水淡化提供了创新解决方案。

　　

Highlights

化学品与材料

木制花材由中山华发进出口有限公司提供，墨水购自长沙市雨花区耕汲阁，实验室滤纸采购自南通邦吉曼过滤材料有限公司。所有化学试剂均为分析纯级别，无需进一步纯化即可使用。

C-IF蒸发器的制备

图S1展示了光吸收层的制备流程。以木制花（F）为基底材料，通过墨水浸渍处理构建具有优异光热转化能力的太阳能吸收层。其三维特殊结构可增强与环境的热对流和热辐射效应。

C-IF蒸发器的工作原理与表征

经墨水处理的花材作为太阳能吸收层，能将 sunlight 高效转化为热能用于蒸发。水热分离结构将热量固定在气-水界面层，避免热量向水体扩散。蒸发过程中，三维结构大幅增加与冷空气的接触面积，通过热辐射和热空气自然对流实现能量动态平衡。蒸发冷却效应可使蒸发区温度低于环境温度，从而从环境中捕获额外能量。

结论

本研究基于热辐射-对流混合机制，构建了具有水热分离结构的柱状墨花太阳能蒸发器。与传统直接接触式蒸发器相比，该结构显著减少径向热损失，抑制盐分沉积，同时依托三维结构实现对环境能量的高效捕获。