科学家们开发了耐极端环境光热陶瓷纤维膜材料

太阳能驱动界面挥发(SDIE)技术是一种利用太阳能进行高效蒸发的新技术。由于其零碳排放、高能效和模块化的优势，它已成为可持续淡水制造的有效解决方案。中国科学院工艺工程研究所(以下简称工艺工程研究所)国家重点科学工程实验室王钰研究员团队在太阳能驱动界面挥发领域取得新进展，成功开发了一种基于一维Ti2AlSnC的工艺工程研究所 MAX相纳米纤维膜为光热层光热蒸发器。

实验表明，在强酸、强碱、高盐度污水等极端环境下，蒸发器可以高效稳定地利用太阳能生产淡水。最近在ACS发表了相关研究 Nano。

在全球淡水资源短缺和“双碳”目标的推动下，太阳能驱动界面挥发技术潜在应用于食品、能源和水处理等相关领域。然而，传统的光热材料对极端环境缺乏适应性，耐化学性差，缺乏多功能性和结构刚度会导致挥发性迅速下降，严重限制其实际应用。

针对这一问题，研究团队创新性地引进了具有金属和瓷器双重特征的MAX相材料。MAX相是一种新型功能性陶瓷材料，兼顾陶瓷的高硬度、耐高温、耐腐蚀和金属导电性、传热性和耐辐射性。研究人员通过控制A位元素(Sn/Al)固溶体，共型合成一维Ti2AlSnC纳米纤维膜。测试数据显示，该材料不仅具有90%以上的宽光谱吸收率和高效光热转换能力，而且具有优异的耐化学性和机械柔韧性，可用于pH值<在强酸环境中连续运行30天，持续2.8天kg m-2 h-1稳定的蒸发速率。

研究发现，Ti2AlSnC纳米纤维的亲水性表面和多孔材料显著降低了水蒸发锶，形成了一个容易蒸发的“中间水”簇，可以有效提高挥发性能。

基于这种纤维材料，研究团队设计了多种蒸发器结构，以降低能耗，并结合焦耳加热模块协同调节热管理，进一步解决了光热挥发技术对光照条件的依赖。

在实验中，在低光或无光环境下，全天候淡水生产只能通过低于3V的低压输入来实现，蒸发率最高可达5kg。 m-2 h-1.另外，这种蒸发器可以通过表面疏水改性和几何非对称设计，有效抑制20年内盐晶沉积 wt%高盐度废水仍保持高效除盐性能。经检测，产水水质符合世界卫生组织要求(WHO)饮用水标准。同时，该团队还开发了短切纤维悬浮液涂层技术，使该材料能够适应刚度和软基础，并扩展了其在定制光热装置中的应用场景。

这项研究不仅有助于解决极端环境下光热材料稳定性问题，而且为工业高盐废水处理、海水淡化和应急救援提供了可持续的解决方案。此前，该团队在功能性陶瓷纤维合成和大规模制备领域取得了一系列成果，特别是在太阳能和水能等清洁能源的能源转换和应用方面。