【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】水的蒸發(fā)行為是自然界和生活中常見的物理現(xiàn)象，對(duì)于自然界水循環(huán)、人類生存和發(fā)展、各種產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用發(fā)揮著重要作用。研究和利用水蒸發(fā)過程中傳質(zhì)與傳熱行為，對(duì)于高精度打印、溶液法微納制造、高性能水伏發(fā)電等領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。
 

　　在科技部、國家自然科學(xué)基金和北京市基金委的支持下，化學(xué)研究所綠色印刷實(shí)驗(yàn)室宋延林研究員在異質(zhì)浸潤(rùn)表面打印液滴精準(zhǔn)操縱(Nat. Commun.2019 10, 950; Angew. Chem. Int. Ed. 2020 59, 10535; Nat. Commun.2023 14, 26465; Nat. Commun. 202112, 6899; Nat. Commun.202415, 422)，噴墨印刷結(jié)構(gòu)色(Sci. Adv.2021 7, eabh1992; Adv. Funct. Mater.2024, 34, 2404706)等方面取得重要進(jìn)展。
 

　　近期，該課題組利用圖案化浸潤(rùn)材料作為水的蒸發(fā)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了密閉環(huán)境中水的自發(fā)定向流動(dòng)與高效蒸發(fā)行為。他們制備了由低毛細(xì)效應(yīng)的碳材料和高毛細(xì)效應(yīng)的纖維材料組裝而成的異質(zhì)浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與計(jì)算模擬相結(jié)合的手段，證明了該結(jié)構(gòu)可以在接近飽和濕度情況下，利用外界環(huán)境波動(dòng)引起的溫度梯度，產(chǎn)生持續(xù)的毛細(xì)芯吸和毛細(xì)蒸發(fā)行為，從而在密閉的容器中實(shí)現(xiàn)了水的內(nèi)循環(huán)。基于此，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了密封水伏電池。相比于現(xiàn)有開放式水蒸發(fā)發(fā)電器件受限于低濕度、持續(xù)水供給、易受外界環(huán)境干擾等缺點(diǎn)，密封水伏電池能夠利用封閉式器件中水的內(nèi)循環(huán)過程，將環(huán)境熱能轉(zhuǎn)化為電能。該電池具有較高的蒸發(fā)發(fā)電轉(zhuǎn)化效率，有望用來驅(qū)動(dòng)電子表、顯示面板、計(jì)算器等常用設(shè)備，以及應(yīng)用于黑暗、沙漠、雨林等傳統(tǒng)光伏水伏器件難以應(yīng)用的場(chǎng)景，為綠色能源的高效利用提供新途徑。
 

　　相關(guān)的研究成果近期發(fā)表在Nature Communications(10.1038/s41467-024-54216-y)，論文的共同第一作者為博士生袁仁軒、李會(huì)增副研究員、趙志鵬博士，通訊作者為李會(huì)增副研究員和宋延林研究員。
 

　　異質(zhì)浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)密閉環(huán)境中水的自發(fā)、定向、流動(dòng)與蒸發(fā)，以此為基礎(chǔ)制備水伏電池