【文章概述】
据联合国统计，到2025年，世界上50%以上的人口将生活在水资源紧张的环境中，而COVID-19全球大流行使得情况变得更糟。直接太阳能蒸汽发电 (SVG) 为当前的全球水资源短缺挑战提供了一种可持续和生态友好的解决方案，可缓解偏远地区的缺水问题，并开发便携式净水设备以满足紧急需求。然而，在自然阳光下运行的现有SVG系统存在产水量低和汽化能量需求高的问题。迫切需要具有降低水汽化潜热的新材料来促进SVG工艺。
【成果简介】
哈利法科技大学的Afra S. Alketbi团队提出了一种从用于SVG的 PEGDA 泡沫顶部的可光固化热响应水凝胶添加制造各向异性混合3D结构的新策略。通过在打印溶液中添加金属盐前体，在顶面的p(NIPAm-co-PEGDA) 水凝胶中原位打印后合成氧化铁纳米颗粒，从而引入各向异性。制造的水凝胶复合结构通过水凝胶内的3D打印微通道网络表现出优异的光吸收性能和快速的毛细管驱动水传输。因此，我们的SVG设备在一个太阳下 (1 kW/m 2 )实现5.12 kg m-2 h -1的非凡水蒸发率。所提出的混合SVG设备是可行的、便携的、高效的，有望应对巨大的水问题挑战。
【图文导图】
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图1基于PEGDA泡沫上的3D打印混合NPH水凝胶结构的SVG设备示意图。
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图2 3D打印SVG系统中使用的水凝胶材料的表征。
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图3 使用Fe3O4 NPs测量的NPH水凝胶的UV-Vis-NIR吸收光谱、温度响应、接触角测试和热流信号。
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图4 3D打印NPH水凝胶装置的SVG性能。
【奇材馆点评】
总之，作者为我们展示了一种通过温度响应水凝胶实现高效的太阳能驱动水蒸气生成的方案。3D打印能够制造混合SVG设备由超高干热通量和强吸水能力的超亲水PEGDA泡沫组成，结合3D打印微通道网络，可以有效地为NPH水凝胶供水。实验测试的结果更是令人喜悦，分别在1和1.5个太阳下拿下创纪录的稳定SVG率。在未来，这种基于高效水凝胶的SVG装置为提高太阳能水蒸发性能和降低太阳能海水淡化系统的成本开辟了一条新颖而简便的途径，同时为数字设计和新海水淡化设备的加速开发提供了巨大的机会。
【论文信息】
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Direct solar vapor generation with micro-3D printed hydrogel device |
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EcoMat：（IF= ） |
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Pub Date ：2021.12.21 |
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https://doi.org/10.1002/eom2.12157 |
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Afra S. Alketbi,Aikifa Raza,Muhammad Sajjad,Hongxia Li,Faisal AlMarzooqi,TieJun Zhang |
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Department of Mechanical Engineering, Masdar Institute, Khalifa University of Science and Technology, P. O. Box 127788, Abu Dhabi, UAE |
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