仿生鱼鳃气凝胶突破太阳能海水淡化盐堆积瓶颈
随着全球淡水短缺问题日益严峻，太阳能蒸发技术作为一种利用太阳光加热盐水或污染水表面、将水分转化为蒸汽并凝结收集清洁水的方案，正受到广泛关注。与传统依赖大量电力的海水淡化厂不同，太阳能蒸发器结构简单，尤其适合基础设施有限且淡水资源稀缺的地区。
然而，盐结晶堆积一直是制约该技术长期稳定运行的核心难题。在水分蒸发过程中，溶解的盐分会残留于蒸发表面，逐渐形成沉积物。这不仅阻断了水分传输通道，还降低了材料吸收阳光并转化为热量的效率。特别是在处理高浓度盐水时，严重的盐积累会导致蒸发器无法持续有效地产水。
从海洋鱼类生理机制中获取灵感
针对这一长期存在的障碍，由信州大学理学部科学技术学院副教授石翔（Ji Xiang）领导的研究团队开发了一种仿生生物质气凝胶。该研究成果已发表于《Nano-Micro Letters》期刊，共同作者包括信州大学的刘诺（Nuo Liu）、朱春红（Chunhong Zhu）以及南通大学的张海峰（Haifeng Zhang）。
研究团队以海洋鱼类为灵感来源。石翔解释道：“海洋鱼类生活在海水中，大自然并非仅仅阻挡盐分，而是通过复杂的水-界面结构积极调节离子和水的运动。”基于这一生物学原理，研究人员设计了一种能够主动管理盐离子运输的材料。
带电聚合物实现抗盐功能
这种新型气凝胶由羧甲基纤维素和海藻酸钠制成，具有多孔结构。为了增强光热转换效率，团队在其中添加了竹基炭黑作为光热成分。关键创新在于聚合物内部含有的带电基团，它们能够通过“多南排斥效应”（Donnan exclusion）排斥特定的盐离子。此外，材料表面的亲水基团有助于维持一层薄水膜，从而清除沿界面积聚的盐分，防止结晶堵塞。
测试数据显示，使用该材料制造的蒸发器在标准阳光下达到了 2.88 kg·m⁻²·h⁻¹ 的水产生速率，性能优于此前报道的多款先进蒸发器。在模拟接近海水浓度六倍的卤水环境中，该蒸发器连续运行 24 小时，并在一周内经历多次昼夜循环测试，均未出现可见的盐堆积现象，性能保持稳定。
低成本可扩展的可持续解决方案
研究人员指出，该蒸发器采用廉价且可生物降解的材料制造，为太阳能驱动的海水淡化提供了一种潜在的低成本、可扩展且环保的技术路径。
展望未来，团队认为同样的设计原则不仅限于海水淡化领域。这项研究表明，模仿自然界中复杂的离子调节和水运输功能，可以为在高挑战性条件下设计可持续的水净化材料提供新思路。正如研究者所言，这不仅是开发一种新的海水淡化材料，更体现了从大自然中学习以解决实际工程问题的广泛兴趣。
