全球水資源短缺問題日益嚴(yán)峻，據(jù)統(tǒng)計，全球四分之一人口正面臨嚴(yán)重缺水困境，預(yù)計到2030年，淡水缺口將高達(dá)40%。在此背景下，太陽能驅(qū)動界面蒸發(fā)技術(shù)憑借其綠色低碳、安全高效的特點，成為極具潛力的淡水生產(chǎn)方案，而高性能光熱材料則是該技術(shù)的核心要素。

納米粉體材料因具備較大的比表面積和可調(diào)節(jié)的能帶結(jié)構(gòu)，在光熱轉(zhuǎn)換方面展現(xiàn)出卓越性能。然而，在三維宏觀組裝過程中，納米材料面臨兩大挑戰(zhàn)：一方面，顆粒容易團聚，導(dǎo)致光熱效能衰減，且三維結(jié)構(gòu)強度不足、成本高昂；另一方面，光催化效應(yīng)會加速有機框架的降解，使材料老化速度加快，限制了其在實際場景中的應(yīng)用。

為攻克這些難題，中國科學(xué)院過程工程研究所與深圳大學(xué)聯(lián)合團隊從“鎖扣”機制中汲取靈感，創(chuàng)新性地提出一種高分子“鎖扣”機制，成功將納米顆粒編織成堅固的三維光熱蒸發(fā)材料。研究團隊首先制備出多層空心結(jié)構(gòu)的納米球殼，將其作為“紐扣”，再依據(jù)高分子與溶劑的相容性原理，讓聚酯分子鏈像縫衣線一樣精準(zhǔn)穿過球殼細(xì)孔，將納米顆粒緊密連接，形成類似“納米森林”的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅有效防止了顆粒團聚，還構(gòu)建了高效的水輸送通道。

實驗結(jié)果表明，這種新型三維光熱蒸發(fā)材料具有出色的性能。通過多重散射和吸收，其對太陽光的吸收率高達(dá)90.2%；納米限域空間改變了水分子間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，使蒸發(fā)相同水量所需能量降低45.7%。在測試中，單根蒸發(fā)體每小時每平方米的蒸發(fā)速率達(dá)到38.14千克，是團隊此前研發(fā)的二維薄膜的8.5倍。在連續(xù)30天的海水加速老化試驗中，材料未出現(xiàn)納米顆粒脫落現(xiàn)象，且在光照下不產(chǎn)生活性自由基，成功解決了有機基底降解的難題。

在實際應(yīng)用中，該裝置也表現(xiàn)出色。在自然光照條件下，每日可產(chǎn)出20.16升淡水，能夠滿足約10人的基本飲水需求，且水質(zhì)達(dá)到世界衛(wèi)生組織飲用水標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)出的淡水已成功用于灌溉5平方米農(nóng)田一整年，菠菜、玉米、小白菜等作物均順利完成完整的生長周期，驗證了其在農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域的可行性。全生命周期成本分析顯示，裝置運行兩年后，產(chǎn)水成本將低于市售瓶裝水。

目前，相關(guān)研究成果已發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《先進材料》雜志上。研究團隊正持續(xù)優(yōu)化冷凝效率和系統(tǒng)成本，致力于推動這一技術(shù)在沿海缺水地區(qū)、海島及偏遠(yuǎn)地區(qū)的規(guī)模化應(yīng)用。