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全球水资源短缺问题严峻，尤其偏远干旱地区难以应用大型海水淡化设施。界面太阳能蒸汽生成（ISSG）技术存在冷凝效率低等局限。本研究开发紧凑型背侧太阳能蒸馏器（CBSS），集成光热蒸发器与优化冷凝器，在 1 sun 光照下蒸发率达 1.4 kg?m-2·h-1，蒸汽回收率 29%，为分散式海水淡化提供经济方案。
在水资源匮乏的地球村，一场关于 “水” 的攻坚战从未停歇。尤其在偏远干旱地区与海岛，大型海水淡化厂因基建成本高、部署困难而难以普及，而传统太阳能蒸馏技术又受限于蒸汽冷凝效率低、淡水回收率不足等问题 —— 阳光虽能将水蒸发为蒸汽，却难以高效捕捉这些 “逃逸的水分子”，导致大量淡水资源在相变过程中白白浪费。如何在有限空间内实现太阳能的高效利用与蒸汽的精准回收，成为制约离网型海水淡化技术发展的关键瓶颈。
为突破这一困局，韩国研究人员开展了一项聚焦紧凑型背侧太阳能蒸馏系统的创新研究。其成果发表于《Desalination》，针对界面太阳能蒸汽生成（Interfacial Solar Steam Generation, ISSG）技术中冷凝效率与成本控制的双重挑战，提出了一种集光热转换与优化冷凝于一体的解决方案 —— 紧凑型背侧太阳能蒸馏器（Compact Back-Side Solar Still, CBSS），为水资源短缺地区提供了兼具高效性与经济性的新选择。
研究团队采用的核心技术方法包括：
- 构建 rGO@MF 光热蒸发器：将还原氧化石墨烯（Reduced Graphene Oxide, rGO）嵌入三聚氰胺泡沫（Melamine Foam, MF），形成高吸光复合材料；
- 设计优化型冷凝器：采用矩形杯状铜结构，内壁修饰氢氧化铜（Cu (OH)2）纳米花以增强冷凝效率，外部包裹化学改性 Janus 织物实现蒸发冷却与水分传输；
- 集成透明聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane, PDMS）覆盖层，减少蒸汽泄漏并保障光透射率。
光热蒸发器性能表征
在 1 sun 光照下，未包覆 PDMS 的 rGO@MF 蒸发器展现出 1.4 kg?m-2·h-1的蒸发速率，而包覆 PDMS 后仍维持约 1.0 kg?m-2·h-1的稳定性能。这一结果表明，rGO@MF 复合材料通过高效光热转换能力，在界面处实现了局部快速加热，避免了传统技术中水体整体升温的能量损耗，印证了光热蒸发器设计的合理性。
冷凝器结构对蒸汽回收的影响
背侧冷凝设计的核心优势在于避免冷凝液滴对阳光的遮挡。研究中，铜制冷凝器凭借高导热性加速蒸汽相变，而内壁的 Cu (OH)2纳米花通过增大表面积与亲水性，显著提升冷凝效率。外部 Janus 织物的疏水 - 亲水双界面特性，不仅引导冷凝水定向传输，还通过织物表面水分蒸发带走热量，形成 “蒸发冷却” 效应，进一步优化了冷凝器的热管理性能。实验显示，CBSS 系统成功回收了 29% 的蒸发蒸汽，突破了传统 ISSG 技术在冷凝环节的效率瓶颈。
系统经济性与应用潜力评估
与现有海水淡化技术相比，CBSS 的材料成本显著降低 —— 三聚氰胺泡沫与铜结构均为工业常用材料，且制备工艺无需复杂设备。这种 “低成本、易组装” 的特性使其在离网场景中具备独特优势。研究团队通过成本分析指出，CBSS 的规模化生产成本仅为传统膜蒸馏技术的 1/3-1/2，且无需外部能源输入，完全依赖太阳能驱动，契合可持续发展目标。
研究结论与意义
本研究构建的 CBSS 系统通过 “光热蒸发 - 背侧冷凝 - 蒸发冷却” 的协同机制，实现了太阳能海水淡化过程中能量与物质的高效管理。其核心创新点在于：
- 将冷凝单元置于蒸发器背侧，规避了液滴对光照的干扰，同时利用铜的高导热性提升相变效率；
- Janus 织物与 Cu (OH)2纳米花的复合设计，同步解决了水分传输与热管理难题；
- 低成本材料组合与简单制备工艺，为偏远地区提供了可负担的便携化解决方案。
该研究不仅为界面太阳能蒸馏技术的冷凝机制提供了新见解，更通过工程化设计推动了其从实验室到实际应用的跨越。随着全球水资源危机的加剧，CBSS 这类无需复杂基建、依赖可再生能源的离网型技术，有望成为缓解干旱地区饮用水短缺的 “应急钥匙”，为实现联合国可持续发展目标（SDG 6）提供关键技术支撑。未来研究可进一步探索多阶段冷凝集成与耐盐性优化，以拓展其在高盐度水体处理中的应用场景。
