仿生层级水凝胶：太阳能界面蒸发与吸收主导型电磁屏蔽的双功能集成

针对淡水资源短缺与电磁污染双重挑战，四川师范大学团队开发了一种基于碳纳米管桥联rGO@PAM/海藻酸钠的仿生层级水凝胶。该材料通过构建三维热-电网络和垂直多孔结构，实现高效太阳能界面蒸发（1.80 kg·m-2·h-1@1.0 sun）和吸收主导型电磁屏蔽（66.10 dB湿态），为可持续水净化和柔性电子防护提供创新解决方案。

　　

论文解读：

全球淡水危机与电磁干扰(EMI)污染正形成双重环境桎梏。在干旱地区，传统海水淡化技术如反渗透(RO)存在高能耗、膜污染等问题；而穿戴电子设备的普及又使潮湿环境下的电磁防护成为新痛点。现有材料往往顾此失彼——光热材料易受盐分钝化，金属屏蔽体则笨重僵硬。这种"水-电"矛盾呼唤能同时实现高效水净化和智能电磁调控的新型材料。

四川师范大学的研究团队受生物层级结构启发，设计出兼具太阳能界面蒸发(SIE)和电磁屏蔽(EMI)的双功能水凝胶。该成果发表于《Separation and Purification Technology》，通过化学交联聚丙烯酰胺(PAM)颗粒吸附还原氧化石墨烯(rGO)，再以碳纳米管(CNT)为"分子桥梁"构建三维网络，最后用冷冻干燥法塑造海藻酸钠(SA)的垂直孔道。这种"粒子-桥梁-骨架"三级结构使材料在1.0太阳光强下实现1.80 kg·m^-2·h^-1的蒸发速率，即便在15 wt%盐水中仍保持稳定；其独特的导电网络更使湿态电磁屏蔽效能达66.10 dB，且90%以上损耗来自吸收而非反射。

关键技术包括：1) PAM颗粒原位还原GO制备rGO@PAM复合体；2) CNT桥联构建三维导电网络；3) 冷冻干燥结合Ca²⁺交联控制SA多孔结构；4) 同步辐射X射线断层扫描分析孔道分布。

【结构表征】
扫描电镜显示PAM颗粒(130 μm)成功负载rGO片层，CNT像"藤蔓"般连接颗粒形成连续网络。X射线光电子能谱证实GO被L-抗坏血酸还原为rGO，C/O比从2.1提升至5.3。

【光热性能】
在1.0 sun照射下，复合水凝胶表面温度达78.3°C，比纯SA高42°C。拉曼光谱揭示CNT桥联使热导率提升3倍，而垂直孔道使水传输速率达12.5 mm·s^-1。

【EMI屏蔽】
矢量网络分析仪测试显示，2 mm厚样品在X波段(8-12 GHz)的屏蔽效能达66.10 dB，吸收损耗占比91.7%。分子动力学模拟表明层级结构促使电磁波多次散射衰减。

这项研究开创性地将"水-电"矛盾转化为协同效应：蒸发过程的水分子实际上增强了介电极化损耗。团队提出的"结构-功能"双仿生策略，为下一代环境适应性材料设计提供新范式，特别适用于沿海地区智能农业大棚、海上作业平台等需同时应对盐水蒸发和电子防护的场景。正如通讯作者Chang Lu在讨论部分强调的："这种材料就像人工'水电网'，用纳米结构重现了自然界中红树林根系脱盐与电鳗生物电场的神奇组合。"