淡水短缺已成为全球性重大问题，凸显出对低成本高效海水淡化与废水净化技术的迫切需求。本文，中山大学Junyang Tao、余树东 助理教授、香港理工大学Guanwei Liang等在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Morning Glory-Inspired 3D LIG/PDA Paper Evaporators for Efficient Solar Steam Generation”的论文，研究受牵牛花漏斗状花冠的启发——其能高效聚光并引导水流沿锥面流动——开发出一种基于纸质的太阳能蒸发器。该装置以纤维素纸为基材，通过激光诱导石墨烯（LIG）技术制备，并经聚多巴胺（PDA）改性以增强亲水性。纸基底经折叠形成三维锥形结构，有效扩大蒸发面积、提升光吸收效率并优化热管理。在1太阳辐射条件下，优化后的三维装置实现2.02千克/平方米·小时的蒸发速率，效率达125.1%，显著超越二维装置。锥形几何结构还促进了盐分边缘结晶，确保长期运行稳定性。户外测试进一步验证了其淡水生产能力，彰显了这种仿生、低成本且可扩展的纸基蒸发器在可持续脱盐与清洁水生产领域的应用潜力。
图1. Schematic illustration of the fabrication process of a morning-glory-inspired three-dimensional (3D) conical evaporator based on LIG on cellulose paper. The cellulose paper is first treated with a phosphate-based fire retardant (PFR), followed by CO2 laser engraving to induce graphitization and form LIG. The LIG surface is subsequently modified by dopamine self-polymerization to obtain a hydrophilic LIG/PDA composite. The 2D paper substrate is finally cut and folded into a 3D conical architecture for solar-driven interfacial evaporation.
综上所述，本研究开发了一种受牵牛花漏斗状花冠启发的低成本高效SSG器件。通过LIG技术结合PDA改性，将蒸发器制备于纤维素纸基底上。所得LIG/PDA复合材料兼具石墨烯的宽带光吸收特性与PDA的强亲水性，同时保留了纤维素纸的多孔网络结构和毛细水传输特性。得益于牵牛花启发的锥形结构，优化后的三维蒸发器（HLPA-40，θ=40°，投影面积≈3 cm²）展现出增强的光捕获能力、扩大的有效蒸发面积及降低的热损耗。此外，锥形几何结构在连续运行中促进了重力辅助盐迁移与自清洁过程。在1太阳辐射条件下，该3D LIG/PDA蒸发器实现2.02 kg m–2 h–1的高蒸发速率，表观效率达125.1%。户外脱盐测试进一步证实：收集水质符合WHO饮用水标准，离子截留率达97.65%。总体而言，这种仿生纸质锥形蒸发器兼具高光热效率、运行耐久性和可扩展性，为可持续太阳能淡水生产与环境净化提供了极具前景的解决方案。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.5c21947
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