太阳能驱动界面海水蒸发器作为一种高效、可持续、节能环保的水资源获取方法，近年来受到了广泛关注。碳、海绵、水凝胶以及木材等材料被用于制备太阳能蒸发器。与其他材料相比，木材具有可再生、高孔隙率、低热导率、低密度、低成本等特性，是太阳能界面蒸发器的理想基底材料。
木基太阳能蒸发器主要为两层结构：上层为具有高光热转化性能的光吸收材料，如碳颗粒、等离子体金属纳米颗粒、半导体材料、聚合物等；下层为具有高水分传输性能和低热导率的木材基体。为保证水分传输效率，大部分木基蒸发器以纵向为水分传输通道，以横截面作为蒸发面，但尺寸受限于木材树干或树枝直径，且横向板材难获取、易开裂，不利于实际应用。因此，有研究者探索了以横向为水分传输通道，以纵切面为蒸发面，但横向传输主要依靠相邻细胞壁间的纹孔，水分传输效率低，需要额外增加木材孔隙或降低木材基体厚度，制备成单板或木膜。因此，需要探索更高效、更简便的木基太阳能蒸发器制备策略。
为此，本团队通过简单的机械加工，利用木材各向异性，将大幅面木质板材内部加工成瓦楞结构，并在表面进行墨水涂覆和疏水化处理，制备出大幅面木基蒸发器。瓦楞结构不仅能够促使水分沿木材纵向传输至蒸发表面，还能增加蒸发面积，从而提高蒸发效率。表面墨水层可增强木基蒸发器的光热转化能力，而疏水处理可抑制海水渗透，促使海水在疏水层下部吸收热量气化，从而保持表面干燥且无盐积累。制备的云杉和榉木蒸发器的蒸发性能优于大部分已报道的木基蒸发器，且能实现连续蒸发。
水分传输示意图、榉木和云杉孔隙结构表征
瓦楞结构能够促使水分在斜面内部沿木材纵向通道传输到蒸发面，避免了纵向板材内水分横向传输效率低的问题。墨是由炭黑和骨胶等成分组成，是天然的光热转化材料，通过涂刷，易于附着在异型表面，且附着力强，不会被水洗掉。云杉和榉木均存在丰富的纳米级和微米级孔隙结构，其中云杉的孔隙率可达73.8%。
瓦楞结构木基蒸发器渗透性和蒸发效果测试
墨汁涂覆不影响瓦楞结构木材表面的渗透性，经表面疏水化处理，蒸发器上表面几乎完全抑制了水滴的渗透，而背面仍具有较好的渗透性。经长时间蒸发测试，未进行超疏水处理的表面由于水分渗透快，在沟槽内出现了水积累，且最终表面出现了大量盐结晶，这对光热转化效率有不利影响。经超疏水处理，表面始终保持干燥状态，不会出现水和盐的积累，展现出持续水分蒸发特性。
榉木和云杉蒸发器图像及微观结构表征
微观结构观测表明，木材表面大部分孔道被墨汁成分阻塞，且覆盖了一层氟元素。光吸收性能测试表明，墨汁涂覆能够促进木材的光吸收能力，吸光率接近100%，而疏水化处理对光吸收性能无明显影响。将木基蒸发器放在水面，在1个太阳照度下，表面温度迅速升高至46°C，而未涂覆墨汁的蒸发器只能达到38°C。在室外条件下，木基蒸发器表面可快速升高至65°C，展现出较高的光热转化性能。
对云杉和榉木木基蒸发器在1个太阳照度下进行蒸发性能测试。纯水的蒸发速率为0.36 kg m-2 h-1，天然云杉木材的为0.68 kg m-2 h-1，未超疏水处理的云杉木基蒸发器为1.56 kg m-2 h-1，超疏水云杉蒸发器达到1.77 kg m-2 h-1，相应的蒸发效率达到111.53%。若将瓦楞结构作为蒸发表面积进行计算，蒸发速率为1.25 kg m-2 h-1。榉木木基蒸发器的蒸发速率为1.42 kg m-2 h-1，蒸发效率为88.73%，低于云杉木材，可能是云杉较高的孔隙率造成的。
木基蒸发器蒸发性能测试
将木基蒸发器置于自制的水分收集装置，并放在室外进行蒸发性能测试。在0.7~0.8 kW m-2照度下，蒸发速率始终保持在1.6 kg m-2 h-1，展现出良好的蒸发性能。对蒸发收集的淡水进行离子浓度测试，钠、钙、镁、钾离子均低于WHO饮用水标准。
不同角度的瓦楞结构蒸发性能对比
为探究不同角度瓦楞结构对木基蒸发器的蒸发性能的影响，制备了夹角为60°、90°和120°的三种角度的瓦楞结构木基蒸发器。性能测试表明，不考虑瓦楞面积，60°的蒸发器性能最优，但加工难度最大；考虑瓦楞面积，120°的最优，但单位长度内瓦楞数量最少。综合考虑，90°的蒸发器可兼顾性能和加工工艺，达到平衡。
END
参考文献：
Dong Youming, Wang Ji'an, Wang Kaili, Li Cheng, Cai Yahui, Li Jianzhang, Lam Su Shiung, Sonne Christian. High-performance and scalable wood-based solar-driven interfacial evaporator with corrugated structure for continuous desalination. Journal of Cleaner Production 2023, 418, 138024.
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.138024
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