仿榴莲皮金字塔阵列Janus水凝胶太阳能蒸发器：基于宽带光捕获的高效海水淡化研究

本文创新性地设计了一种受榴莲表皮启发的金字塔阵列Janus复合水凝胶太阳能蒸发器（SPP@PAM），通过超疏水泡沫（SPF）与聚乙烯醇/琼脂水凝胶（PAM）的异质协同结构，实现了96.3%的光吸收率和3.54 kg·m?2·h?1的蒸发速率。该设计突破传统平面结构限制，结合碳纳米管（AMCNTs）交联网络降低蒸发焓（1.72 kJ/g），并利用Janus特性解决盐结晶问题，为工业级海水淡化提供了新策略。

　　

Highlight

本研究受榴莲表皮微观结构启发，创新构建了金字塔阵列光热蒸发器（SPP@PAM）。其上层为聚吡咯（PPy）涂覆的超疏水金字塔泡沫（SPF），下层是氨基化碳纳米管（AMCNTs）交联的聚乙烯醇/琼脂水凝胶（PAM）。这种Janus结构通过三维光捕获设计将反射损耗降至8.2%，光吸收率高达96.3%，同时利用孔隙梯度实现自驱动水传输。

Section snippets

SPP@PAM的制备与表征

如图2a所示，通过原位生长法在金字塔聚氨酯（PU）基底上制备聚吡咯涂层（PP），再经冻融循环聚合将水凝胶层（PAM）与光热层集成。AMCNTs网络形成低蒸发焓（1.72 kJ/g）的水通道，而金字塔阵列通过多次光反射增强能量捕获。

Conclusions

该蒸发器在1倍太阳光强下实现3.68 kg·m^?2·h^?1蒸发速率，转换效率达95.17%。超疏水表面有效抑制盐结晶，18天循环实验后仍保持稳定，为太阳能驱动水处理提供了新型界面蒸发策略。