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  太陽能驅(qū)動界面蒸發(fā)（SDIE）是一種生態(tài)友好、可持續(xù)海水淡化技術(shù)。水凝膠具有吸水、保水能力，它在蒸發(fā)過程中起到傳輸水分的作用。然而，隨著蒸發(fā)的持續(xù)進行，基于水凝膠的復合蒸發(fā)器會因吸水膨脹而發(fā)生形變。這不僅影響蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，更會導致其水傳輸能力逐漸減弱甚至失效，從而影響其在光熱蒸發(fā)中的長期穩(wěn)定性。

圖1. MXene-CA/PAAm雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠蒸發(fā)器制備過程的示意圖

  為評估水凝膠蒸發(fā)器在經(jīng)歷反復吸水和失水循環(huán)后的性能表現(xiàn)，專門設(shè)計了一項脫水/再水化循環(huán)試驗。在這一試驗中，首先將水凝膠在60°C的溫度下干燥12h，模擬其在蒸發(fā)過程中的失水狀態(tài)。隨后將其浸入水中并充分膨脹12h，以模擬其吸水過程。這一過程被定義為一個完整的脫水/再水化循環(huán)（圖2a）。

圖2. 脫水/水合循環(huán)測試：（a） 脫水/水合循環(huán)測試示意圖，（b） SN-CA、SN-PAAm 和 DN-CA/PAAm 水凝膠脫水/再水合循環(huán)后的圖像， SN-CA、SN-PAAm 和 DN-CA/PAAm 水凝膠的（c）質(zhì)量和（d）相對含水量，（e） DN-CA/PAAm 水凝膠在 10 個脫水/再水化循環(huán)中的吸水能力

  為更深入探究DN-CA/PAAm水凝膠的性能，將其脫水/再水化試驗延長到了10個周期。令人欣慰的是，即使經(jīng)過10次循環(huán)，該水凝膠仍然能夠保持其形狀，并且恢復了66%的吸水能力（圖2e）。這不僅證明了其卓越的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還檢驗了其吸水能力的持久性。值得一提的是，無論是在去離子水中還是在模擬海水中，DN-CA/PAAm水凝膠均表現(xiàn)出相似的性能，其在實際應用中具有巨大潛力。

圖3. 長期光熱蒸發(fā)性能：（a）MCH、MPH 和 MCPH 蒸發(fā)器在模擬海水中長期蒸發(fā)后的照片，（b）蒸發(fā)過程中彎曲角度和 M/M0 的變化，（c）在模擬海水中 360 小時的蒸發(fā)速率

  為量化評估蒸發(fā)器的性能，采用了兩種主要監(jiān)測手段。一是通過觀察蒸發(fā)器的彎曲角度變化來評估凝膠的變形程度，二是通過監(jiān)測質(zhì)量變化來評估凝膠層的吸水能力。通過這些監(jiān)測數(shù)據(jù)，可更加準確地測試蒸發(fā)器的穩(wěn)定性。如圖3b所示，MPH蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性表現(xiàn)最差，其彎曲角度的變化最為明顯。而圖3c則揭示了MCPH蒸發(fā)器的長期穩(wěn)定性優(yōu)勢。在長達360h的測試中，MCPH蒸發(fā)器的平均蒸發(fā)率達到了1.78 kg m^-2 h^-1，這明顯優(yōu)于MPH和MCH蒸發(fā)器。

  綜上所述，全部研究結(jié)果表明，MCPH蒸發(fā)器在長期光熱蒸發(fā)過程中展現(xiàn)出卓越的結(jié)構(gòu)和蒸發(fā)穩(wěn)定性。這不僅證實了MCPH蒸發(fā)器的耐用性，也為其在實際應用中的潛力提供了有力支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D4TA08803D