【儀表網 研發快訊】水的蒸發行為是自然界和生活中常見的物理現象，對于自然界水循環、人類生存和發展、各種產業化應用發揮著重要作用。研究和利用水蒸發過程中傳質與傳熱行為，對于高精度打印、溶液法微納制造、高性能水伏發電等領域的發展具有重要意義。
在科技部、國家自然科學基金和北京市基金委的支持下，化學研究所綠色印刷實驗室宋延林研究員在異質浸潤表面打印液滴精準操縱(Nat. Commun.2019 10, 950; Angew. Chem. Int. Ed. 2020 59, 10535; Nat. Commun.2023 14, 26465; Nat. Commun. 202112, 6899; Nat. Commun.202415, 422)，噴墨印刷結構色(Sci. Adv.2021 7, eabh1992; Adv. Funct. Mater.2024, 34, 2404706)等方面取得重要進展。
近期，該課題組利用圖案化浸潤材料作為水的蒸發介質，實現了密閉環境中水的自發定向流動與高效蒸發行為。他們制備了由低毛細效應的碳材料和高毛細效應的纖維材料組裝而成的異質浸潤結構。通過實驗驗證與計算模擬相結合的手段，證明了該結構可以在接近飽和濕度情況下，利用外界環境波動引起的溫度梯度，產生持續的毛細芯吸和毛細蒸發行為，從而在密閉的容器中實現了水的內循環。基于此，研究團隊構建了密封水伏電池。相比于現有開放式水蒸發發電器件受限于低濕度、持續水供給、易受外界環境干擾等缺點，密封水伏電池能夠利用封閉式器件中水的內循環過程，將環境熱能轉化為電能。該電池具有較高的蒸發發電轉化效率，有望用來驅動電子表、顯示面板、計算器等常用設備，以及應用于黑暗、沙漠、雨林等傳統光伏水伏器件難以應用的場景，為綠色能源的高效利用提供新途徑。
相關的研究成果近期發表在Nature Communications(10.1038/s41467-024-54216-y)，論文的共同第一作者為博士生袁仁軒、李會增副研究員、趙志鵬博士，通訊作者為李會增副研究員和宋延林研究員。
異質浸潤結構設計實現密閉環境中水的自發、定向、流動與蒸發，以此為基礎制備水伏電池
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