启迪于自然的遗态功能材料

为了保证生存与繁衍的需求,大自然中的生物,包括微生物、动物以及植物,在亿万年优胜劣汰的进化选择中形成了多种、多样、多维数、多尺度的精细微纳构型,为当今多个领域的科学研究提供了丰富的灵感和启发。遗态材料研究通过直接以生物结构为模板,选择合适的物理化学方法,在保持模板精细分级结构的同时,将自然生物组分转化为目标材质,可制备具有生物精细分级结构的新型功能材料。介绍了利用遗态材料研究思想制备具有生物结构的功能材料的方法,简要介绍了采用几种典型生物结构为模板制备的遗态材料结构,并探讨了不同结构特点材料的相关功能表现。     

用于水处理的光热转换碳材料的制备及应用进展

太阳能光热蒸发是实现水体处理的一种高效绿色技术,近年来受到了研究者们的密切关注。碳材料因具有宽光谱吸收能力和良好的光热性能,被认为是理想的太阳能光热转换材料。首先概述了光热转换碳材料及其光热转换原理,简要阐述了基于碳材料的太阳能蒸发系统的结构设计;重点介绍了应用于水处理领域的碳材料的制备方法;总结了光热转换碳材料在海水淡化、废水处理的应用现状;对水处理用光热转换碳材料的未来研究方向及发展进行了展望。可为光热转换碳材料在水处理领域应用的研究和发展提供一定的策略支撑。     

硅藻分级多孔功能材料的研究进展

硅藻作为一种天然的分级多孔材料,由于精细的微纳结构和出众的物理化学性能,近年来逐渐得到广泛的关注和研究。介绍了硅藻的结构与其独特的光子晶体、微型棱镜等性能,总结了利用硅藻结构合成的模板法和微纳加工方法,以及提供了一些把硅藻结构成功地运用到生物传感器、医学探测器、太阳能电池和锂电池的应用实例。     

柔性多孔硅橡胶负载纳米CuS的太阳能蒸发性能研究

界面太阳能蒸发是一种高效、低成本的水净化技术,光热转换材料、微观结构热管理是实现高效太阳能驱动蒸汽产生的关键.聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种环保且结构可灵活设计的柔性硅橡胶,通过填料可有效改善硅橡胶的热导率系数.纳米硫化铜(CuS)在近红外光几乎100％吸收,是一种新型的光热转换材料.本工作以方糖为模板、纳米二氧化硅(SiO2)和铝粉(Al)为填料制备了多孔的SiO2-PDMS/PDMS-Al双层硅橡胶,分别构建隔热、导热层,通过聚乙烯醇(PVA)将纳米CuS附着于PDMS-Al层作为光热转换材料.这种硅橡胶复合材料不仅提高了光热转换材料的亲水性,太阳光吸收率达到97.3％,在1 kW/m2光照下能获得77.03％的蒸发效率,而且具有良好的循环稳定性.PDMS复合光热材料从微观结构上减少了界面太阳能蒸发过程中的热损失,对推广该技术应用于海水淡化、污水处理等具有重要的意义.     

三维整体式碳基光热转换材料在太阳能界面水蒸发中的应用研究进展

光热驱动的海水淡化技术被认为是最具潜力的解决全球淡水资源短缺难题的方法之一。其中,太阳能界面水蒸发（SVG）是海水淡化效率的核心过程,是保证光热海水淡化技术具有能量转换效率高、设备简单、成本效益高的关键。在所有高效SVG候选材料中,三维整体式碳基光热转换材料具有成本低、吸光效率高、结构可调性好、水蒸发速率高、无二次污染等优点。本综述首先简述了SVG的基本原理,以此为依据介绍了高效SVG材料的工作机制和设计原则,最后系统归纳和概述了4种不同类型的三维整体式碳基光热转换材料的研究进展。本综述为未来三维整体式碳基光热转换材料的构建及其在SVG领域的应用研究提供理论基础和研究指导。     

超疏水光热转换材料的研究进展

光热转换材料可以将可再生的太阳能高效转换为热能,并在海水淡化、废水净化等领域取得了良好效果,但受限于材料本身的性质缺陷,难以大规模应用。最近的研究表明,超疏水特性可防止污染物附着在材料表面的光热位点,研究者通过超疏水改性,赋予了光热转换材料以优异的自清洁性能。该创新策略极大地提高了光热转换材料的稳定性和持久性,为光热转换材料的实际推广应用提供了可能性。详细介绍了超疏水改性的方法、过程和机理,并重点综述了超疏水光热转换材料的最新研究进展和应用案例。最后,辩证分析了超疏水光热转换材料面临的挑战以及优化策略,进一步展望了超疏水光热转换材料的发展趋势和工程应用前景。     

光热转换材料及太阳能热水器的现状和发展方向

太阳能的充分开发和利用离不开太阳能材料和技术的发展.主要从光热转换材料发展的角度阐述了光热转换材料在太阳能热水器中的应用.针对太阳能热水器产业的发展以及"太阳能热水器与建筑一体化"的研究和应用,探讨了今后平板太阳能热水器的研究和应用,从而确定了平板太阳能热水器是今后太阳能热水器的主要发展方向,提出了平板太阳能热水器普及推广亟需解决的几方面问题.     

抗反射水凝胶蒸发器的制备及其用于污水处理研究

太阳能驱动的界面水蒸发已成为获取淡水资源的有效途径，但是蒸发过程中的热量损失会造成蒸发系统的能量利用效率较低。对水凝胶蒸发器的表面形貌进行合理的微观调控可以有效地提高能量利用率。通过模板法在水凝胶表面构造抗反射结构，提高光吸收；同时，在水凝胶中掺杂适量光催化剂可以使水中的有机污染物原位降解，蒸发后的水中污染物降解率达到了91%,说明污水被有效净化。通过优化光热材料生长时间和光催化剂的掺杂量，水凝胶的蒸发速率达到1.34kg/(m²·h),光热转换效率达到83%。     

兰州化物所纳米多孔结构光阳极材料研究获系列进展

正光电催化分解水制氢可实现太阳能到化学能的转化,是获得清洁能源的一个重要途径。如何发展具有高效太阳能光电催化性能的半导体光阳极材料是实现太阳能清洁应用的关键问题。纳米多孔半导体材料因其较高的比表面积、良好的光吸收等优异性能,在太阳能光电催化研究领域备受关注,然而纳米多孔材料的光吸收及其光电催化作     

普鲁士蓝/氟化超支化聚氨酯复合涂层材料及其光热转换超疏水性能

首先制备氟化超支化聚氨酯(FHPU),然后与具有光热转化功能的普鲁士蓝(PB)纳米粒子复合,得到光热转换功能的PB/FHPU超疏水防结冰复合涂层材料。利用FTIR、TGA和DSC等测试分析了FHPU和PB/FHPU超疏水防结冰复合涂层材料的结构及性能,通过光热转换实验证明了复合涂层材料出色的光热性能;深入探究了PB纳米粒子的添加量对复合涂层材料表面性质和光热转化性能的影响。结果表明,当PB质量占FHPU的13%时,复合涂层材料可形成具有微纳结构的复合涂层,涂层表面最大接触角达157°,滚动角为1.8°。同时,该涂层在808 nm激光照射下10 s内温度可升高78.1℃,最高温度达到148.7℃。因而,光热转换功能性超疏水防结冰复合涂层材料具有良好的疏水、防结冰性能。      

遗态及其功能复合材料

经过自然界的长期选择和进化,很多生物形成了多维、分级的精细结构,从而辅助其实现一种或数种功能目的。这为新型功能材料的设计和开发提供了很好的借鉴,因此近些年来研究并模仿生物结构,已成为新材料研究的主要热点之一。然而,由于多数生物结构非常精细复杂,因此直接采用传统的人工方法很难制备出类似的结构。遗态方法通过直接以生物结构为模板,选择合适的物理化学方法,在保持模板精细分级结构的同时,将框架成分转化为目标材质,可制备具有生物精细分级结构的新型功能材料。文章从遗态的思路和原理出发,给出了几种常用的制备方法,并介绍了近几年来基于几种典型生物结构的遗态材料研究进展,以及在光响应、光催化、电磁波吸收、气敏等相关领域的功能探索。     

各向异性微纳结构材料表面的设计制备及其应用

各向异性微纳结构具有特殊的润湿行为,在微流体、生物医学设备以及自清洁等领域中有广阔的应用前景。从自然界的各向异性微纳结构出发,综述了近年来各向异性微纳结构的制备方法及其制得的一些各向异性微纳结构,分析了它们的润湿特性及其应用,最后对各向异性微纳结构材料进行了总结与展望。     

多层结构聚丙烯酰胺水凝胶太阳能蒸发器的制备及性能

优化设计太阳能蒸发器的结构并提高光热转换效率是改善其蒸发性能的有效途径。本工作基于原位自由基聚合反应,设计了一种多层结构的聚丙烯酰胺(PAM)复合水凝胶太阳能蒸发器并研究了其性能。该水凝胶由底部PAM/纳米纤维素(PAM/CNF)水运输层、中部PAM/碳纳米管/氮化钛(PAM/CNTs/TiN)光热转换层以及顶部“孤岛”状PAM/空心MXene微球(PAM/HSMX)构成的粗糙表面层组成。这种设计构建的PAM/CNF-PAM/CNTs/TiN-PAM/HSMX多层结构水凝胶太阳能蒸发器(ML-SVG)不仅能够提高光热转换效率,减少热量的损耗,而且促进了水分的运输,从而赋予ML-SVG优良的蒸发性能。ML-SVG在2kW·m^-2太阳光照射下的蒸发速率达到2.2kg·m^-2·h^-1,同时具有优良的循环使用性能,高效的污水净化和盐水淡化性能。     

基于全光谱太阳光利用的光热转换材料研究进展

利用光热转换材料有效提高全光谱太阳光的利用及转换率,是目前国内外学者广泛关注的研究领域。本文综述了近年来主要研究的基于全光谱太阳光利用的光热转换材料类型及研究进展,分析了光热转换材料提高太阳光水蒸气产生效率的应用方式,介绍了太阳光水蒸气产生系统的优化设计模型,强调了低热导率的基质材料在系统中起到的作用,最后展望了光热转换材料在海水淡化领域的应用前景,并指出光热转换物理机制的深入探索和材料的规模化制备将成为未来重要的研究内容。     

用于太阳能驱动蒸汽发生的低成本荷叶基炭膜（英文）

太阳能驱动的界面蒸发因其解决淡水资源短缺的潜力而备受关注。低成本、高效率的光热转换材料是其广泛应用的关键。本文通过简单的真空抽滤法制备了低成本的荷叶基炭膜,作为太阳能驱动蒸汽发生的光热转换介质。使用市售聚苯乙烯泡沫塑料和多孔纤维滤纸分别作为保温层和输水通道,在实验室自制的太阳蒸汽发生实时测试系统中,荷叶基炭膜的太阳能驱动水蒸发速率和太阳能蒸汽转换效率分别为1.30 kg/m~2 h和77.5%。同时,荷叶基炭膜在海水淡化和污水净化方面也表现出了优异性能。这些结果为低成本、环境友好的生物质基炭材料在太阳能驱动蒸汽发生中的广泛应用提供了可能。     

光热转换材料的研究现状与发展趋势

<正>光热转换材料用于产生蒸汽,可用于发电、灭菌,解决水污染、海水淡化、能源短缺等关键问题。其中最核心的环节是选择合适的光热转换材料,将光能高效地转变为蒸汽所需的热能。本文介绍了不同材料的光热转换机理,综述了近年来光热转换材料用于产生蒸汽的研究和设计,阐述了光热转换体系未来的研究发展趋势,对光热转换材料用于蒸汽产生的理解和发展具有重要的总结和指导意义。     

CNTs-HEC/PVDF多孔复合膜增强太阳能界面水蒸发

太阳能界面水蒸发技术在解决目前人类所面临的能源和淡水资源短缺方面具有广阔的应用前景。水输运是太阳能水蒸发过程中十分重要的一环。理想状态下的水输运是输送适量的水来维持太阳能蒸发层高效、稳定的水蒸发。而蒸发层所拥有的多孔结构所产生的毛细管作用力决定了其水输运的能力。因此，蒸发层内部的孔隙结构非常重要。本文以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体，借助碳纳米管(CNTs)的优异光吸收能力，通过羟乙基纤维素(HEC)掺杂并与戊二醛进行交联制备了可用于太阳能界面水蒸发的CNTs-HEC/PVDF多孔复合膜。CNTs-HEC/PVDF复合膜的多孔结构形成的微通道提高了水输运和蒸汽逸出能力，从而增强了太阳能界面水蒸发性能。在1 kW·m^-2的太阳光照射下，其水蒸发速率达到1.81 kg·m^-2·h^-1，相应的光热转化效率为95%。相关实验结果还展现出该复合膜具有优异的循环使用性能、化学稳定性和高效的污水净化能力。     

石蜡/SiO_2/CuS纳米复合相变材料的制备用于太阳能的光热转换与存储

以石蜡作为相变材料,结合二氧化硅良好的热稳定性、化学稳定性和硫化铜优异的光热转换特性等优点,设计制备出新型"石蜡/SiO_2/CuS"纳米复合相变材料,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、热重分析仪和差示扫描量热法等分析测试手段对该复合材料的结构和相变储热性能进行表征,并在光照下测试了该复合相变材料的光热转换和热存储效果。结果表明,由于硫化铜的加入,复合相变材料的光热转换性能得到明显提升,这为将来太阳能的光热转换和存储利用提供了新思路。     

太阳能驱动界面光热吸油材料的研究进展

油水分离技术被视为解决海上溢油问题的一种有前景的方法。在现有的技术中,基于界面光热转换效应的太阳能驱动原油吸附技术凭借低能耗和高效率而备受关注。本文综述了用于原油吸附的光热材料的最新进展。首先,概述了界面光热转换的机理。然后,总结了光热吸附剂的最新研究成果,重点介绍了其结构设计。最后,阐述了光热装置在原油吸附方面面临的挑战和机遇。     

仿生柱状黏附材料

自然界中很多动物,如壁虎、甲虫和树蛙等,主要利用可逆的黏附力在各种表面爬行。研究发现这些动物脚趾上的特殊微纳柱状结构(刚毛、平滑结构等)起到了至关重要的作用。一方面,这些微纳柱状结构及其精细亚结构保证了动物脚趾能与接触表面形成很多有效接触点,从而形成足够强的黏附力。产生的黏附力甚至可达动物体重的200倍。另一方面,这些微纳结构又可以保证动物能从黏附的表面迅速脱离。这种黏附能力依赖于结构而非接触材料的表面化学组成的特性,具有极高的科研价值和应用前景。