太阳能界面蒸发技术（ISVG）在实现可持续海水淡化与水净化方面极具前景，但其在实际应用中长期受制于蒸发速率有限和表面盐分积聚结晶两大瓶颈。传统的单向流体输运策略在排盐时往往伴随严重的热损失，且依赖外部重力势能，增加了系统复杂性与成本。因此，开发兼具高蒸发性能与长效抗盐能力的集成蒸发系统是当前亟待解决的关键难题。

  针对上述挑战，东华大学材料科学与工程学院朱美芳院士、成艳华研究员团队受植物蒸腾作用启发，提出了一种基于亲水芯吸效应的盐水循环管理策略。该策略通过将3D折纸蒸发器与侧向亲水编织物协同集成，构建了高效的盐水自循环系统。该系统巧妙结合了多级孔结构与芯吸效应，不仅实现了界面浓盐水的闭环循环，解决了盐结晶问题，还通过大幅扩展的侧向蒸发面积充当环境能量收集器，打破了传统蒸发的理论极限。在1个太阳光照下（1 kW m?2），该系统实现了4.63 kg m^-2 h^-1的超高蒸发速率，实现高达189%的表观转化效率。

  2026年7月8日，该工作以“Hydrophilic wicking-induced cyclic flow for highly efficient and salt-resistant interfacial solar vapor generator”为题发表在Advanced Functional Materials上。东华大学博士生徐成建为论文第一作者，朱美芳院士与成艳华研究员为共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划（2021YFB3701600）、国家自然科学基金（52273031, 22475039）、教育部基础学科和交叉学科突破计划（JYB2025XDXM402）、中央高校基本科研业务费以及东华大学先进纤维材料全国重点实验室等项目的资助与支持。

图1. 基于亲水芯吸效应的纸基蒸发器设计原理

  研究团队设计的3D蒸发器（HWSE）由折纸树冠、无纺布、吸水棉芯和底部编织物四部分组成。通过层级孔径梯度（从吸水芯的微米级大孔到树冠的纳米级小孔）产生的不对称毛细力，驱动水流高效向顶部界面输送。同时，与折纸树冠紧密接触的亲水编织物在重力和毛细压差的协同作用下，自发建立了一条排盐回流通道，使浓盐水重新返回水体中，实现内部循环。

图2. Janus结构与界面不对称润湿性调控

  折纸树冠由Janus纤维素棉纸构成。团队通过表面涂层改性（CB/SiO?/SEBS/PDMS），在保留纸张底层超亲水、高效输水特性（液滴吸收仅需90 ms）的同时，赋予了顶层超疏水（水接触角高达169°）和宽频光吸收性能（吸收率达96.7%）。这种不对称润湿性确保了水流在底部的高效输运以及顶层的高效光热转化。

图3. 几何与结构配置对蒸发性能的影响

  系统探讨了HWSE的几何形态与结构参数对整体蒸发性能的影响，通过多维度的变量控制，揭示了光吸收、流体输运与环境能量收集之间的内在增强机制。

图4. HWSE在海水淡化过程中的能量分析

  与传统单向流蒸发器因界面高温导致热量散失不同，HWSE底部的侧向编织织物不直接参与光热转换。当回流盐水流经该区域时，其表面温度显著低于周围环境温度。这一负温度梯度将原本的热损耗转化为环境能量增益，使系统总能量输入大幅提升，从而实现了超常规的表观蒸发速率。

图5. 卓越的循环流动抗盐与稳定服役能力

  在模拟高盐度服役环境（20 wt% 盐水）中，得益于流体循环冲刷机制，HWSE在连续运行120小时后表面未出现任何盐分积聚，展现出了高效稳定性。

图6.基于HWSE集成系统的户外实验评估与工业化方案

  为推动技术落地，团队进一步构建了集蒸发、冷凝、盐水循环与收集于一体的户外海水淡化系统。在真实阳光下，该系统实现了16.6 L m^-2 d^-1的日产淡水量，水质优于WHO饮用水标准。基于此，团队提出了一种结合光伏储能与自动化盐度控制的阵列化全太阳能海水淡化工业蓝图，其产水成本预估为1.50–1.80 $ m^-3，为大规模、低碳水处理基础设施建设提供了极具竞争力的理论与实践指导。

  该工作是团队近期关于高性能气凝胶材料结构设计与热管理/环境流体控制应用研究的最新进展之一。气凝胶因其低密度、高孔隙率和低热导率等优势，在航空航天热防护、个人热管理、绿色能源利用和生态水资源循环等领域展现出重要应用潜力。然而，其固有脆性、加工连续性不足、表面浸润性难以精准调控，以及在复杂多相流体服役环境下结构稳定性差等问题，长期限制了其实际应用。围绕“结构增强-形态加工-功能集成-场景应用”的研究主线，团队开展了一系列系统探索：在极端热防护方面，构筑了仿珍珠层纳米复合气凝胶，实现了高力学强韧性与稳定隔热性能的协同提升（Adv. Mater. 2023, 35, 2300813）；在柔性形态加工与纺织隔热方面，团队突破性地将气凝胶由块体拓展至纤维、纱线、毡材和织物形态，发展了海岛熔融纺连续超细纤维气凝胶毡、卷对卷加捻气凝胶纱线、可编织核壳气凝胶纤维及闭孔双层热湿管理织物，实现了轻质保暖、柔韧耐变形、可洗涤和热湿协同调控（Adv. Mater. 2024, 36, 2414731；Adv. Mater. 2025, 37, 2507289；Acta Polym. Sin. 2026, 57, 1167；Adv. Mater. 2025, 37, 2508473）；在界面调控与能源/水资源同步利用方面，利用单一硅烷分子单元交联构建了兼具超亲/疏水特性的杂化气凝胶，实现了高强度界面的双层太阳能高效蒸发器件构筑（Nano-Micro Lett. 2023, 15, 64）；设计了高柔性灯笼型气凝胶以有效增强自然气流与蒸发界面的耦合传质（J. Mater. Sci. Technol. 2027, 278, 123）；并进一步构建了吸湿生物质气凝胶，实现了大气集水/光伏被动冷却耦合以及对流增强界面太阳能高效全天候蒸发与稳定流体循环（Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2423063）；在分子拓扑与先进制造方面：提出了分子编织聚合物气凝胶和“活化-延迟”溶胶凝胶3D打印策略，极大拓展了气凝胶在可再加工、透明隔热和复杂结构成型方面的设计空间（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 8695；Nat. Commun. 2025, 16, 8212）。这些研究从分子网络、纤维骨架到宏观织物与3D器件多尺度协同出发，逐步建立并完善了兼具轻质、强韧、隔热、优异传质耐久性、可加工与多场景适应性的先进气凝胶材料体系。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76789