静电纺纳米纤维在界面太阳能蒸汽转化应用中的研究进展_何满堂.pdf

第 44 卷 第 3 期2023 年 3 月纺 织 学 报Journal of Textile ResearchVol.44,No.3Mar.,2023DOI:10.13475/j.fzxb.20210700509静电纺纳米纤维在界面太阳能蒸汽转化应用中的研究进展何满堂1,王黎明1,覃小红1,俞建勇2(1.东华大学 纺织学院,上海 201620;2.东华大学 纺织科技创新中心,上海 201620)摘 要 静电纺纳米纤维因其具有高比表面积、孔隙结构可控等优点而被用作界面太阳能蒸汽发生器基底,然而由于其力学性能不足、与光热材料的结合力差等限制了其长足发展。为此,介绍了静电纺纳米纤维的特点及其与光热材料结合的主要方式,包括表面修饰、共混纺丝、Janus 纳米纤维膜以及三维纳米纤维气凝胶,对其原理、性能和工艺方法等进行系统性概述;并在此基础上展望了该研究领域的未来发展趋势,以探索静电纺纳米纤维在光热能源领域中广泛应用的方法。研究认为,加强静电纺纳米纤维与光热材料结合力并赋予其抗菌、自清洁等多功能性,是提高太阳能蒸汽发生器持久使用的一大方法,探寻简易的制备方法和开发低成本材料高性能太阳能蒸汽发生器是未来的发展重点。关键词 静电纺纳米纤维;太阳能蒸汽发生器;纳米纤维膜;纤维基气凝胶;海水淡化;污水净化;多功能材料中图分类号:TS 104.76;TS 102 文献标志码:A 收稿日期:2021-07-01 修回日期:2022-03-18基金项目:国家自然科学基金项目(51973027,52003044);中央高校基本科研业务费专项资金、东华大学研究生创新基金项目(CUSF-DH-D-2022039)第一作者:何满堂(1991),男,博士生。主要研究方向为光热转换功能纤维。通信作者:王黎明(1988),男,研究员,博士。主要研究方向为静电纺纳米纤维的可控制备及应用。E-mail:。清洁水被认为是一种具有战略意义的全球性资源,其对人类的生存以及经济发展和社会进步都至关重要1-3。近年来,随着全球人口增长和环境污染的加剧,人们正在面临清洁水资源短缺的问题4-5。为解决这个问题,除节约用水以外,迫切需要开发大规模、高效的海水淡化、污水净化等技术6-8。界面蒸汽转化作为一种利用太阳能产生蒸汽来获得清洁水资源的方法9-10,能够在光热材料的辅助下更好地将大自然中充足的太阳能转化成热能,以最小的环境影响解决清洁水资源短缺的问题,成为当下研究的热点之一11-12。太阳能蒸汽发生器主要由基底和光热材料 2 个部分构成,目前常用的基底主要为木材13、泡沫14、织物15、静电纺纳米纤维16-18、气凝胶17-19等,静电纺纳米纤维因其在太阳能蒸汽生成方面具有许多独特的优势,而引起研究者们的重视19-20。首先,静电纺丝可提供高比表面积的超细纤维来增强蒸发过程;其次,连续纤维可长距离输送水,保证水分的充足供应;最后,通过调整静电纺装置参数,可调整薄膜的孔隙率和孔隙结构,实现较高的蒸汽逸散18,所制备的多孔静电纺纳米纤维膜在太阳能蒸汽生成方面具有重要的应用价值21-22。近年来许多研究表明,太阳能界面蒸汽转化不仅可提供清洁水资源,而且可同时用蒸汽来发电19,23-24。如 Qi 等25采用静电纺丝法制备了高效、轻质的二氧化硅/羧基化多壁碳纳米管/聚丙烯腈(SiO2/MWCNTs-COOH/PAN)纳米纤维膜,以聚苯乙烯泡沫绝缘材料作为支撑材料,棉纱作为水传输载体,将其层合在一张滤纸上,组装成一种界面水蒸发器。这种设计的优点是在确保良好的蒸发效率基础上,防止热量散发到散装水中。在能量密度为1 kW/m2的光的照射下,复合纤维膜的蒸发速率为1.28 kg/(m2h),光热转换效率为 82.52%,且所制备的复合纤维膜经 20 次反复蒸发后仍能保持稳定的蒸发速率和高效率。综上所述,选用高比表面积的静电纺纳米纤维为基底构筑的太阳能蒸发器,能够利用丰富洁净的太阳能资源进行高效蒸汽转化,达到获取净水的目的,可有效解决清洁水资源短缺这个问题。为此,本文分别介绍了二维纳米纤维膜与三维纳米纤维气凝胶蒸发器中,静电纺纳米纤维与光热材料结合的主要方式,对其原理、性能和工艺方法等进行了系统性概述,分析了该领域发展的潜在问题和未来研究方向,以期为采用静电纺丝技术制备多功能太阳能蒸汽发生器提供一些有启迪意义的参考。纺织学报第 44 卷1 二维表面修饰静电纺纳米纤维膜 静电纺纳米纤维的特点及其在界面蒸汽转化应用中的分类如图 1 所示。主要分为二维表面修饰纳米纤维膜、二维共混纺丝纳米纤维膜、二维Janus 纳米纤维膜以及三维纳米纤维气凝胶基界面太阳能蒸汽转化发生器四大类。此外,对制备太阳能发生器中选用的不同聚合物和光热材料的各项性能参数(光吸收率、蒸发速率等)进行对比,结果如表 1 所示。图 1 静电纺纳米纤维的特点及其在界面蒸汽转化中的应用分类Fig.1 Characteristics of electrospinning nanofibers and applications classification thereof in interfacial solar steam conversion表 1 太阳能蒸汽发生器性能对比Tab.1 Performance comparison of evaporators太阳能蒸发器构成(聚合物/光热材料)光吸收率/%蒸发速率/(kg(m2h)-1)转化效率/%脱盐率/%参考文献聚乳酸/氧化钨3.818117聚酰胺/炭黑941.248326聚偏氟乙烯/碳纳米管901.436099.927甲基丙烯酸乙酯/石墨烯921.258228聚偏氟乙烯+聚丙烯腈/炭黑98.61.28229聚甲基丙烯酸甲酯/炭黑971.37230聚偏氟乙烯/碳球961.29739931聚偏氟乙烯/金纳米颗粒 3.6479.832聚 氨 酯/碳 纳 米管+聚多巴胺941.4490.133聚偏氟乙烯+聚丙烯腈/氧化锡0.936034 对静电纺纳米纤维膜进行表面修饰能够赋予其多种功能,例如:负载导电材料制备传感器,喷涂抗菌剂使其具备良好的抗菌性能,沉积光热材料制备太阳能蒸汽发生器等。表面修饰主要分为物理法和化学法二大类,如图 2 所示。物理法主要指通过物理的方法(如超声波分散等)将光热材料封装或固定在纳米纤维的空隙以及表面;化学方法则是光热材料的原料单体之间发生氧化还原或聚合反应等,与纳米纤维通过形成化学键牢固结合。物理法主要是采用超声波分散、喷涂、抽滤及多层膜黏合等方法,将光热材料负载在纳米纤维膜的表面或空隙中,然后采用交联剂等对其封装。例如,He 等33以聚氨酯(PU)颗粒为原料,采用静电纺丝方法 制 备 了 PU 纳 米 纤 维 膜,然 后 将 碳 纳 米管(CNTs)和聚多巴胺(PDA)通过超声波分散到 PU纳米纤维膜上,使其具备超亲水性、水下超疏油性和优良的拉伸性能等特点,且这种纳米纤维膜型太阳202第 3 期何满堂 等:静电纺纳米纤维在界面太阳能蒸汽转化应用中的研究进展 图 2 表面修饰静电纺纳米纤维膜常用方法Fig.2 Common methods for surface modification of electrospinning nanofiber membrane能蒸 汽 发 生 器 在 太 阳 光 照 下 可 实 现 高 达1.44 kg/(m2h)的水分蒸发速率和 90.1%的太阳热转换效率;此外,该蒸发器经 100 次拉伸后能够保持结构稳定,且在含油废水中水蒸发性能几乎保持稳定。上述特点使设计的纳米纤维膜从目前刚性蒸发器中脱颖而出,更适合应用于实际生活中复杂的水环境。此外,喷涂法因其工艺简便等特点也常被用于在纳米纤维膜上负载光热材料,He 等27采用静电纺丝和喷涂法制备的聚二甲基硅氧烷/碳纳米管/聚偏氟乙烯(PDMS/CNT/PVDF)双层结构纳米纤维膜,具有广谱的光吸收、良好的光热转化和海水局部加热性能;新型双层结构有效地重复利用凝结热,保证了更大的界面蒸发和蒸汽输送温差,从而提高了淡水生产率,在能量密度为 1 kW/m2的太阳光照射下,产水速率最高可达 1.43 kg/(m2h),脱盐率最高为 99.9%,这种新型双层结构工艺适于实际应用,有助于缓解全球淡水短缺。采用超声波分散或喷涂等物理方法可简单快速制备出太阳能蒸发器,从而达到有效的太阳能蒸汽转化效果,然而物理法所制备的太阳能蒸发器仍存在光热材料与纳米纤维结合力不强的缺点,在长期使用过程中会造成光热材料脱落,进而出现性能下降的问题。化学法主要是采用氧化还原或聚合反应等在静电纺纳米纤维膜上生长或沉积光热材料。采用化学方法可提高纳米纤维与光热材料的结合牢度,对制备耐久性良好的太阳能发生器有一定的参考意义。例如:Xu 等35设计了一种核壳结构的聚多巴胺/聚乙烯亚胺/聚吡咯/聚酰胺(PDA/PEI/PPy/PI)柔性纳米纤维膜,用于高效太阳能蒸汽转化。首先采用静电纺丝法制备疏水性、柔韧性好的一维聚酰胺纳米纤维,构建纳米纤维膜的内芯;紧接着在氯化铁的氧化作用下,吡咯单体在纳米纤维表面生成 PPy 涂层,该纳米纤维膜作为太阳能捕获材料时具有 93.0%的宽带太阳能吸收率;然后采用仿生黏胶剂 PDA 作为外亲水壳进行水输送并对PEI/PPy/PI 柔性纳米纤维膜进行封装,然而纯 PDA 涂层抗腐蚀能力较差,通过PEI 吸附,PDA 与 PEI 交联形成了稳定的 C=N 共价键,从而获得良好的防腐性能;该 PDA/PEI/PPy/PI纳 米 纤 维 膜 在 太 阳 光 的 照 射 下 实 现 了1.43 kg/(m2h)的蒸发速率和 86.9%的光热转换效率。Wu 等23以聚丙烯腈为原料,通过静电纺丝、炭化、氧化处理后制备多孔碳质纳米纤维膜,在太阳光主要波长范围内,该多孔碳质纳米纤维膜具有超过95%的光吸收率,且具有亲水特性、连续的通道和良好的水输送能力;此外,纳米纤维膜表面的超细碳纤维,能够为水的蒸发提供巨大的空气接触面,利于水蒸气的更快逸散;采用局部加热设计使该多孔碳质纳米纤维膜的水蒸发速率达到 1.33 kg/(m2h),蒸发效率为 81.71%,实验还同时证明了该多孔碳质纳米纤维膜可从海水和酸碱溶液中回收淡水。采用化学法(如自聚合、氧化还原法)制备的太阳能蒸发器,通过光热材料与纳米纤维上的官能团进行键合作用,可形成较强的作用力,然而化学法往往需要采用许多化学药品,部分试剂对于环境有一定危害,不利于环境保护。2 二维共混纺丝静电纺纳米纤维膜 共混纺丝静电纺纳米纤维膜是通过静电纺丝方法,将聚合物和光热材料混合为均匀纺丝液制备的(见图 3),是获取耐久性太阳能蒸发器常用的方法之一。光热材料和聚合物的选用要求二者混合后在纺丝液中分散均匀,常见的搭配主要有还原氧化石墨 烯(rGO)/聚 丙 烯 腈(PAN)36、氧 化 石 墨烯(GO)/聚 乙 烯 醇(PVA)16、掺 杂 二 氧 化 锡(ATO)/聚偏氟乙烯(PVDF)37等。在共混静电纺丝膜制备的蒸发器中,光热材料往往被嵌入在静电纺纳米纤维中,因而具备较好的耐久性。例如,Gao等29设计了一种低成本、可漂浮、耐用和可拉伸的蒸发器,其采用开放式纳米纤维双功能结构,用于高效太阳能蒸汽转化。该一体化双层蒸发器由静电纺疏水 PVDF 纳米纤维层和亲水炭黑/聚丙烯腈(CB/PAN)复合纳米纤维层自下而上依次组成。多孔疏水 PVDF 纳米纤维层由于其固有的低导热性,起到了悬浮支撑和隔热的作用,抑制了不可逆散热。顶部亲 水 性 CB/PAN 复 合 纳 米 纤 维 层 对 250 2 500 nm 波 长 范 围 的 宽 带 太 阳 能 吸 附 率 高 达98.6%,可有效地将太阳辐照转化为可用热能。所组装的 CB/PAN/PVDF 蒸发器在 1 个模拟太阳光强度照射下,可达到 82.0%的太阳能转换效率和长302 纺织学报第 44 卷期使用稳定性,这种高经济效益的聚合物纳米纤维蒸发器具有优异的灵活性、耐久性和可扩展性。图 3 共混纺丝静电纺纳米纤维膜原理Fig.3 Principle of blending electrospinning nanofiber membrane类似地,Zhu 等38通过简单的静电纺丝方法制备了柔性可水洗的碳纳米管嵌入聚丙烯腈纳米纤维膜应用于光热水蒸发,在 1 个模拟太阳光强度照射下实现了 1.44 kg/(m2h)的蒸发速率和 90.8%的高吸收率;在高浓度的模拟海水环境下,经过太阳光照射后,固体盐分积累在纳米纤维膜表面,导致蒸发速率严重衰减,然而这些盐可通过简单手洗从织物上去除,且洗涤过程对织物的形态、光吸收和蒸发性能影响不大,表现出良好的耐久性。更重要的是,通过这种方式可制备大面积的纳米纤维膜,适宜建造大型户外蒸发装置。尽管共混静电纺纳米纤维膜可实现较高的光吸收和蒸发速率,但在复杂的水环境(如污水)中易被细菌侵蚀破坏,而不能达到持久使用的目的。为此,Liu 等39以银(Ag)纳米粒子修饰的 MXene 纳米片/聚丙烯腈(Ag/MXene/PAN)纳米纤维为基础,通过静电纺丝技术制备了具有全向光捕捉、高蒸发速率、催化和抗菌性能的多功能蒸发器:Ag 纳米颗粒与 MXene 纳米片的结合不仅提高了纳米片的宽带光吸收和产热能力,而且有助于提高其光催化和抗菌性能;此外,Ag/MXene/PAN 纳米纤维膜的灵活性和折叠能力可实现三维精细结构蒸发器的设计,以增加蒸发表面积和优化光吸收能力;作为概念验证,构建了 Ag/MXene/PAN 纳米纤维三维折纸蒸发器,该蒸发器在 30150入射角范围内表现出相对稳定的蒸发速率,在 1 个模拟太阳光强度照射下,最大蒸发速率达 2.08 kg/(m2h),远远优于目前最先进的静电纺纳米纤维蒸发器。共混纺丝静电纺纳米纤维膜集结构灵活性、高性能和多功能性于一体,但共混纺丝需要光热材料与纳米纤维的原料(一般为有机聚合物)在溶剂中均匀分散,否则无法保证顺利纺丝。开发新型共混纺丝静电纺纳米纤维基太阳能蒸发器在水处理和海水淡化领域具有潜在的应用前景。3 二维 Janus 静电纺纳米纤维膜 Janus 静电纺纳米纤维膜是一种新颖的设计,是指两面呈现出相反或不同特性的纤维膜,因其独特的特性而被广泛应用于传感器、净水以及太阳能发电等领域40。由于实现太阳能蒸汽快速转化需要同时兼顾水传输、蒸汽逸散、热管理等条件,而采用静电纺丝法制备的 Janus 膜可将多种功能赋予在太阳能蒸发器的不同位置,从而达到高效光热蒸汽转化的目的41-42。Janus 静电纺纳米纤维膜的制备一般采取对纳米纤维膜的上下两侧分别进行表面修饰或对不同纺丝液进行分步纺丝的方法(见图 4),以达到纳米纤维膜两侧表现出不同特性的效果。图 4 Janus 静电纺纳米纤维膜制备方法Fig.4 Preparation methods of Janus electrospinning nanofiber membraneXu 等30提出了一种利用连续静电纺丝制造可实现稳定有效太阳能转化的柔性 Janus 太阳能蒸汽发生器,利用 Janus 的独特结构产生蒸汽,将太阳能吸收和水输送 2 种功能解构成不同的层,一层为疏水的炭黑纳米粒子涂层在聚甲基丙烯酸甲酯上进行光吸收,另一层为用于水供应的低亲水性聚丙烯腈层;采用这种亲疏水双层结构设计,使得海水中的盐分只能沉积在亲水聚丙烯腈层中,且由于连续的水供应而得到迅速溶解,该 Janus蒸发器具有高蒸发效率(72%)、稳定的水输出和阻盐性能,独特的结构设计还实现了灵活的可拉伸特性,使这种 Janus 静电纺纳米纤维膜可作为一种高效、稳定和便携式太阳能蒸汽发生器。类似地,Li 等31报道了一种一体化的多功能 Janus 静电纺纳米纤维膜基太阳能蒸发器,其在聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)纳米纤维膜的顶部表402第 3 期何满堂 等:静电纺纳米纤维在界面太阳能蒸汽转化应用中的研究进展 面涂覆光热疏水的石墨碳球,然后在底部表面涂覆亲水性聚多巴胺层,由于两侧润湿性不同,不仅提高了蒸发器的水蒸发速率,而且可有效防止盐颗粒沉积,延长使用寿命。综上所述,将多种涂层功能集成到单一膜上的策略,为以更低成本获得更高的海水淡化性能太阳能蒸发器铺平了道路,同时可针对不同水质环境调控功能属性(如抗菌、光催化等),使蒸发器具备更长的使用寿命,这些优点最终将使这项技术在太阳能蒸发器上得到广泛应用。然而,Janus 静电纺纳米纤维膜蒸发器一般需要多步法制备,制备工艺较为复杂,且一些物理修饰方法仍存在光热材料与纳米纤维结合力不足的缺点。同时,采用不同纺丝液进行分步纺丝时,对 2 种不同纺丝液的属性有一定要求,否则 2 种纳米纤维膜亦存在结合力不足的问题,在长期使用过程中会造成分离现象。4 三维静电纺纳米纤维气凝胶 除表面修饰、共混纺丝以及 Janus 纳米纤维膜以外,对纳米纤维进行结构优化再设计也可进一步拓宽其在界面蒸汽转化上的应用。为此,许多研究者开发了静电纺纳米纤维气凝胶作为三维太阳能蒸汽发生器。静电纺纳米纤维气凝胶主要是将纳米纤维膜中的纳米纤维、光热材料与交联剂通过冷冻干燥法来制备(见图 5)。在应用于太阳能发生器时,由于纳米纤维气凝胶具备超高的比表面积以及多孔蒸汽通道等优点,在海水淡化中表现出高效的光热转化效率和持久的耐盐性,解决了太阳能蒸发器常见的问题,如太阳能蒸汽的有效产生能力不足、无法自漂浮、能源效率低、含盐量严重沉淀、使用寿命短等43-45。图 5 静电纺纳米纤维气凝胶制备方法Fig.5 Preparation method of electrospinning nanofiber aerogelLi 等46在静电纺纤维中掺杂聚集诱导发光(AIE)的光热分子后制备全纤维气凝胶,由于纳米纤维具有较大的比表面积和较高的孔隙率,附着在纳米纤维上的水将被充分加热,从而减少了热传导产生的能量损失,这种气凝胶在应用于太阳能蒸汽发生器时,不需额外系统支持便可直接漂浮在水面,在正常的太阳光照射下成功地实现高效、可持续的太阳能海水淡化。另外,Dong 等47采用静电纺丝与纤维冷冻成形相结合的方法,制备了具有细胞结构的弹性陶瓷纳米纤维气凝胶,其由类似垂直排列的血管和多孔的血管壁结构组成,在这种独特的细胞结构促进的对流和扩散作用下,即使在质量分数为 20%的盐水和 6 个模拟太阳光强度照射条件下,纳米纤维气凝胶表面也没有任何盐晶体析出,表现出优异的耐盐性;此外,由于碳纳米管具有稳定的结构和良好的吸光性,该纳米纤维气凝胶所制备的太阳能蒸汽发生器具有高达 98%的高光吸收率,且在1 个模拟太阳光强度照射下可达到 1.50 kg/(m2h)的蒸发速率。类似地,Mei 等48提出了一种垂直排列的微通道光热转换纳米纤维气凝胶基太阳能蒸汽发生器,由于该蒸发器具备有序的骨架结构和良好的亲水性,使其在水下有着良好的压缩疲劳耐久性(50 次压缩循环后几乎没有塑性变形)和快速的水传输速率;此外,在 1 个模拟太阳光强度照射下,该纳米纤维气凝胶的表面温度在 30 s 内可从 28 上升到 94,具有快速的升温速率,并实现了高速的太阳能水蒸发率(2.89 kg/(m2h)和高效的能源转换效率(90.3%),同时经长时间(10 h)光照,蒸发器表面仅有较少的盐分富集,表现出良好的耐盐性。纳米纤维气凝胶应用于太阳能蒸汽转化时,在保证快速水蒸发的基础上,也同时具备良好的耐盐能力,为高效海水淡化提供了潜在的途径。然而,纳米纤维气凝胶的制备工艺复杂,对仪器设备要求较高,且存在制备流程较长、造价较高等问题,不利于其在产业化上大面积使用。寻找更为廉价的方法制备纳米纤维气凝胶是未来的研究方向之一。5 结束语 目前,静电纺纳米纤维在界面太阳能蒸汽转化上的应用,主要以二维表面修饰纳米纤维膜、二维共混纺丝纳米纤维膜、二维 Janus 纳米纤维膜以及三维纳米纤维气凝胶 4 种类型的太阳能蒸汽发生器为主。这 4 种不同方式形成的太阳能蒸汽发生器,不仅发挥了静电纺纳米纤维的特性,而且丰富了纳米纤维与光热材料的结合方式,有效拓宽了纳米纤维502 纺织学报第 44 卷在光热能源领域的应用。采用光热材料表面修饰纳米纤维的方法制备太阳能蒸汽发生器具有如下优点:实验条件易于控制,成本较低;光热材料在纳米纤维膜表面以及内部均有大量的分布,光热转换性能较好,蒸发效率高;纳米纤维膜具备较大的比表面积,利于水分快速蒸发。然而光热材料与纳米纤维膜通过物理方法结合的牢度偏低,容易在水环境中被破坏,耐久性较差;而化学法又常因为使用大量化学试剂而不利于环境保护,且反应过程控制不精准亦会导致原材料的浪费。选用共混纺丝的方法将光热材料封装在静电纺纳米纤维中,虽然可有效提高光热材料与纳米纤维的结合,但光热材料被封装在纤维内部无法实现太阳光的最大化吸收,且共混静电纺丝生产工艺对溶液性质要求较高,不具有普适性。此外,无论是选用表面修饰或是共混纺丝所制备的纳米纤维膜均表现出结构单一的特点,无法赋予太阳能蒸发器多功能的特性,因此,通过制备两面不同特性的 Janus 纳米纤维膜能够获取多功能蒸发器,进而丰富其在海水淡化或是废水净化上的应用。然而,采用以上 3 种方式所制备的纳米纤维膜仅停留在二维结构阶段,构筑的太阳能蒸发器厚度太小,不利于光吸收、水传输和蒸汽逸散,无法实现液态水的高速蒸发。为此,采用纳米纤维制备的三维气凝胶,具备更大的体积和更高的比表面积,不仅可提升纳米纤维与光热材料的结合牢度,还可充分提高太阳能蒸发器的蒸发速率及阻盐能力;但是纳米纤维气凝胶制备工艺复杂,流程较长,成本较高。综上所述,这 4 类不同方式制备的太阳能蒸发器因其各自的缺点,实现大面积产业化应用仍有一段距离。为实现静电纺纳米纤维在太阳能蒸汽转化应用上的进一步发展,在未来研究中还需集中关注和解决以下关键问题。1)在实际应用过程中,太阳能蒸汽发生器往往会面对复杂的水环境(如海水、酸碱废水),而水中的酸碱性物质或细菌等可能会侵蚀纳米纤维膜或光热材料,需要应对光热材料被破坏或脱落的问题,因此,加强纳米纤维与光热材料的结合力并赋予其抗菌、自清洁等多功能,是提高太阳能蒸汽发生器持久使用的一大类方法。2)由静电纺纳米纤维膜直接构筑的二维平面太阳能蒸发器厚度较小,使得水蒸发过程中的热管理、水供应以及蒸汽逸散不能更快进行。针对这个问题,未来的太阳能蒸发发生器需要更多聚焦于将二维纳米纤维膜构筑成三维结构,对结构进行优化设计,充分利用太阳能来提高光热蒸汽转化的能力。3)太阳能蒸汽发生器能够借助太阳能实现海水淡化、蒸汽发电,然而目前光热材料和纳米纤维仍然存在制作成本高、工艺流程长等问题而难以大面积使用。尽快找到更简易的制备方法、低成本的材料来制备高性能太阳能蒸汽发生器是未来的发展重点。FZXB参考文献:1 杨宇笛,徐壁,蔡再生.基于染色斜纹棉布的太阳能驱动界面水蒸发体系的研究J.产业用纺织品,2020,38(3):29-35.YANG Yudi,XU Bi,CAI Zaisheng.Study on solar driven interfacial water evaporation system based on dyed twill cotton fabric J.Technical Textiles,2020,38(3):29-35.2 YAO H,ZHANG P,HUANG Y,et al.Highly efficient clean water production from contaminated air with a wide humidity range J.Advanced Materials,2020.DOI:10.1002/adma.201905875.3 常宇虹.纳米过渡金属氧族化合物的太阳能光热蒸汽转化研究 D.济南:山东大学,2019:1-94.CHANG Yuhong.Study on solar photothermal steam con version of nanosized transition metal oxides D.Jinan:Shandong University,2019:1-94.4 高婷婷.碳基复合材料的制备及其能源存储与光热转化性能的研究 D.上海:东华大学,2019:5-6.GAO Tingting.Preparation of carbon matrix composites and their energy storage and photothermal conversion properties D.Shanghai:Donghua University,2019:5-6.5 WEI Z,CAI C,HUANG Y,et al.Biomimetic surface strategy of spectrum-tailored liquid metal via blackbody inspiration for highly efficient solar steam generation,desalination,and electricity generation J.Nano Energy,2021.DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106138.6 葛灿,张传雄,方剑.界面光热转换水蒸发系统用纤维材料的研究进展J.纺织学报,2021,42(12):166-173.GE Can,ZHANG Chuanxiong,FANG Jian.Research progress in fibrous materials for interfacial solar steam generation system J.Journal of Textile Research,2021,42(12):166-173.7 LIU X,TIAN Y,CHEN F,et al.An easy-to-fabricate 2.5D evaporator for efficient solar desalination J.Advanced Functional Materials,2021.DOI:10.1002/adfm.202100911.8 XU X,OZDEN S,BIZMARK N,et al.A bioinspired elastic hydrogel for solar-driven water purification J.Advanced Materials,2021.DOI:10.1002/adma.202007833.9 CHEN C,LI Y,SONG J,et al.Highly flexible and efficient solar steam generation device J.Advanced Materials,2017.DOI:10.1002/adma.201701756.10 LEE J,KIM K,PARK S H,et al.Macroporous photothermal bilayer evaporator for highly efficient and self-cleaning solar desalination J.Nano Energy,2020.DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105130.11 陈亚丽,赵国猛,任李培,等.芳纶织物基界面光热602第 3 期何满堂 等:静电纺纳米纤维在界面太阳能蒸汽转化应用中的研究进展 蒸发材料的制备及其性能J.纺织学报,2021,42(8):115-121.CHEN Yali,ZHAO Guomeng,REN Lipei,et al.Preparation and performance of aramid fabric-based interfacial photothermal evaporation materials J.Journal of Textile Research,2021,42(8):115-121.12 HE M,DAI H,LIU H,et al.High-performance solar steam generator based on polypyrrole-coated fabric via 3D macro-and microstructure design J.ACS Appl Mater Interfaces,2021,13(34):40664-40672.13 HE M,ALAM M K,LIU H,et al.Textile waste derived cellulose based composite aerogel for efficient solar steam generation J.Composites Communications,2021.DOI:10.1016/j.coco.2021.100936.14 LIU Y,LIU H,XIONG J,et al.Bioinspired design of electrospun nanofiber based aerogel for efficient and cost-effective solar vapor generation J.Chemical Engineering Journal,2022.DOI:10.1016/j.cej.2021.131539.15 LIU H,ALAM M K,HE M,et al.Sustainable cellulose aerogel from waste cotton fabric for high-performance solar steam generation J.ACS Appl Mater Interfaces,2021,13(42):49860-49867.16 GUO X,GAO H,WANG S,et al.Scalable,flexible and reusable graphene oxide-functionalized electrospun nanofibrous membrane for solar photothermal desalination J.Desalination,2020.DOI:10.1016/j.desal.2020.114535.17 CHALA T F,WU C M,CHOU M H,et al.Melt electrospun reduced tungsten oxide/polylactic acid fiber membranes as a photothermal material for light-driven interfacial water evaporation J.ACS Applied Materials&Interfaces,2018,10(34):28955-28962.18 LIU Y,XIONG J,LI A,et al.Plasmonic silver nanoparticle-decorated electrospun nanofiber membrane for interfacial solar vapor generation J.Textile Research Journal,2021.DOI:10.1177/00405175211014966.19 WU X,WU Z,WANG Y,et al.All-cold evaporation under one sun with zero energy loss by using a heatsink inspired solar evaporator J.Advanced Science,2021.DOI:10.1002/advs.202002501.20 LEI W,KHAN S,CHEN L,et al.Hierarchical structures hydrogel evaporator and superhydrophilic water collect device for efficient solar steam evapora-tion J.Nano Research,2020,14(4):1135-1140.21 LI L,ZANG L,ZHANG S,et al.GO/CNT-silica Janus nanofibrous membrane for solar-driven interfacial steam generation and desalination J.Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers,2020,111:191-197.22 ZHOU Q,LI H,LI D,et al.A graphene assembled porous fiber-based Janus membrane for highly effective solar steam generation J.J Colloid Interface Science,2021,592:77-86.23 WU D,LIANG J,ZHANG D,et al.Solar evaporation and electricity generation of porous carbonaceous membrane prepared by electrospinning and carboni-zation J.Solar Energy Materials and Solar Cells,2020.DOI:10.1016/j.solmat.2020.110591.24 IRSHAD M S,ARSHAD N,WANG X.Nanoenabled photothermal materials for clean water production J.Global Challenges,2020.DOI:10.1002/gch2.202000055.25 QI Q,WANG W,WANG Y,et al.Robust light-driven interfacial water evaporator by electrospinning SiO2/MWCNTs-COOH/PAN photothermal fiber membrane J.Separation and Purification Technology,2020.DOI:10.1016/j.seppur.2020.116595.26 JIN Y,CHANG J,SHI Y,et al.A highly flexible and washable nonwoven photothermal cloth for efficient and practical solar steam generation J.Journal of Materials Chemistry A,2018,6(17):7942-7949.27 HUANG J,HU Y,BAI Y,et al.Novel solar membrane distillation enabled by a PDMS/CNT/PVDF membrane with localized heating J.Desalination,2020.DOI:10.1016/j.desal.2020.114529.28 LI D,ZHANG X,ZHANG S,et al.A flexible and salt-rejecting electrospun film-based solar evaporator for economic,stable and efficient solar desalination and wastewater treatment J.Chemosphere,2021.DOI:10.1016/j.chemosphere.2020.128916.29