太阳能净水器灵感来自河豚

干净的水：普林斯顿大学湖中的太阳能吸收凝胶净化系统（左）和浸入过程中产生的清洁水。

美国普林斯顿大学Xiaohui Xu及其同事制造了一项新器件，这个器件的灵感来自河豚，它能够达到有史以来最高的被动太阳能净水率。基于一种先进的水凝胶，该系统可以在冷却时快速吸收和过滤水，然后在太阳加热时放出干净的水。这个团队希望他们的创新能够带来低成本和可持续的离网净化系统，从而有可能改善全球许多社区可使用上干净的水。据联合国称，全世界三分之一的人无法获得安全饮用水。因此，迫切需要低成本、环保以及可持续的过滤水系统。这些最好通过被动净化技术来实现，这项技术利用太阳能将水与重金属、油和有害微生物等污染物分离。今天，研究人员大多通过蒸发水并将其凝结到表面来实现，但这是一个能源密集型过程，因此生产率会比较慢。Xu的团队根据河豚的行为特征采取了一项更先进的方法。当这些鱼探测到食肉动物时，它们会迅速吸收水来膨胀它们的身体，使它们自己看起来更具威胁性。一旦危险过去，水就会迅速排放出来。研究人员为了模仿这种行为，他们开发出一种海绵状期间，他们称之为太阳能吸收凝胶（SAG），它含有三个关键成分。

PNIPA聚合物链

材料的中心是一种先进的水凝胶，由PNIPA聚合物链的温度敏感网组成，它同时包含疏水和亲水区域。在较低的温度下，这些链条保持长而灵活的状态。这使水通过毛细现象流入网状物，并与其亲水区域结合。当温度高于33 °C时，PNIPA 链会经历一个相变，它会变短而僵硬。因此，网格失去了大约90%的体积，它变得疏水，即把水排出材料外。围绕这种内部水凝胶的是一层暗的聚多巴胺，它有效地将阳光转化为热量，即它使PNIPA能够在较冷的条件下达到其相变温度，同时在重金属和有机分子进入水凝胶之前过滤掉它们。最后，一层外部藻酸盐过滤掉其它微生物以及其它任何较大的分子。

Xu的团队测试了SAG的性能，他们将其放置在普林斯顿校区的一个湖中，水温为25 °C。团队把材料浸泡在水里，他们在阳光下加热它以排放其吸收的水。在2小时的浸泡和排水周期中，该材料显示了有史以来报告的最高被动太阳能净水率。SAG 也高度耐用，即使在10个收集周期之后，它的性能几乎没有变差。团队采用简单且水基制造工艺，SAG 材料成本低且无毒，因此确保了其可及性和离网净水的可持续性。Xu及其同事认为他们的材料可能会带来变革。这项技术将提高全球许多社区的生活质量，尤其是在那些电力供应有限的地区。

这项研究发表在《Advanced Materials》上。

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