一种受仿生学启发的跨尺度水凝胶蒸发器，具备协同的光-热-水-盐管理功能，可实现高效且稳定的盐水蒸发

《Materials Horizons》：A biomimetic-inspired cross-scale hydrogel evaporator with synergetic light–heat–water–salt management for highly efficient and stable brine evaporation

通过模仿自然芦苇的水分运输机制，构建了纤维素纳米纤维增强的分级孔结构水凝胶蒸发器，解决了传统蒸发器机械强度低和蒸发速率与耐盐性矛盾问题。实验表明其1 sun下蒸发率达2.61 kg/m2·h，20% NaCl溶液中稳定运行且无盐结晶，同时可高效去除海水中的重金属离子和印染废水中的染料离子，为海水淡化和废水处理提供新方案。

　　

基于水凝胶的太阳能驱动界面蒸汽生成方法被认为是生产淡水的有效途径。然而，传统的水凝胶蒸发器存在机械强度低的问题，并且在高蒸发速率和抗盐性之间存在权衡，这限制了它们的实际应用。受到天然芦苇独特水分传输机制的启发，我们开发了一种由纤维素纳米纤维增强的水凝胶蒸发器，该蒸发器具有分层梯度孔结构。水凝胶表面的微尺度粗糙化设计模拟了叶片气孔的蒸腾作用，提高了光吸收效率，同时保持了较高的蒸汽逸出效率。其从底部到顶部的梯度孔结构实现了快速的毛细作用驱动的水分传输和持续的界面水分供应，从而实现了高效的热质平衡蒸发。更重要的是，这种双层梯度结构能够使盐分定向扩散回水体中，有效防止了盐结晶。因此，在1个太阳光强度下，该水凝胶蒸发器的最佳蒸发速率为2.61千克每平方米每小时（2.61 kg m^?2 h^?1）。在20%重量百分比的NaCl溶液中，该蒸发器能够维持稳定的蒸发速率而不会产生盐沉积。此外，该水凝胶蒸发器能够去除海水中超过99%的主要金属离子，并几乎完全去除染料溶液中的染料离子。这项工作展示了其在海水淡化和染料废水处理方面的广泛应用前景。