廣東
近日，青島大學材料科學與工程學院仿生智能材料團隊在界面太陽能蒸發器研究方面取得重要突破。相關成果以“Ultralow-Density Rigid Network Hydrogels Enable Ultrafast and Stable Solar Water Desalination”為題發表在國際頂級期刊 Nature Communications（2026, DOI: 10.1038/s41467-026-72288-w）上。論文共同第一作者為青島大學碩士研究生劉成飛和德克薩斯大學奧斯汀分校雷楚昕博士；共同通訊作者為青島大學隋坤艷教授、范汶鑫教授與德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華教授。青島大學為第一通訊單位。
界面太陽能蒸汽發生（SVG）技術是海水淡化和水凈化領域的熱門方向，其中水凝膠基蒸發器因其高蒸發效率而備受關注。然而，這類器件在強光照射下常因水傳輸速率低導致性能急劇下降，限制了其實際應用。水凝膠內部水傳輸速率（qos）與材料中的水含量（cw）及滲透壓梯度（?πos）成正比，其關系可表示為qos∝?πos·cw。其中，?πos與（水分蒸發所誘導的）聚合物網絡密度梯度呈正相關。然而，高?πos通常源于光照側cw的急劇下降。因此，顯著提升水傳輸速率的核心挑戰在于：如何協調?πos與cw之間固有的權衡關系。
針對這一瓶頸，研究團隊基于半剛性海洋多糖聚電解質（殼聚糖與海藻酸鈉），開發出一種超低密度剛性網絡（ultra-low-density rigid network, ULR）水凝膠。該材料既能產生足夠的滲透壓梯度，又能維持較高的水含量，巧妙打破了二者之間的矛盾，實現了快速滲透供水。同時，其剛性的抗收縮骨架在強光照下依然保持分級多孔結構，一方面通過毛細作用進一步增強水輸送，另一方面為鹽離子的遷移提供暢通通道。實驗結果表明，ULR水凝膠太陽能蒸發器超越了傳統水凝膠的理論極限。在10倍太陽光強下，其蒸發速率高達25.57 kg·m?2·h?1，并可連續穩定運行100小時。實際野外測試中，一套低成本ULR水凝膠模塊的日產水率達到138 L·m?2，相當于每平方米每天產出12.42升可飲用淡水，可滿足數人的日常飲水需求。該工作將水凝膠基SVG技術推向了一種穩健、經濟且面向現實水資源短缺問題的實用化解決方案。
該團隊長期致力于海洋聚電解質基仿生功能水凝膠材料的構建及其在柔性傳感、生物醫藥、軟體機器人等領域的應用研究，迄今已在Science Advances、Nature Communications、Angewandte Chemie International Edition、ACS Nano、Advanced Functional Materials等知名學術期刊上發表多篇高水平研究論文。
https://www.nature.com/articles/s41467-026-72288-w
來源：青島大學
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