研究背景
水资源短缺是当今世界面临的主要挑战之一。由于地表水和地下水仅占地球所有水的0.01%，开发和利用海洋水资源受到研究人员极大的关注。众所周知，海水含盐量高，无法直接饮用。虽然出现了一些海水淡化技术（例如，蒸馏、反渗透、正向渗透和电渗析），但这些方法进行海水淡化时需要耗费大量的能源和使用成本极高的机器。太阳能是取之不尽的能源，利用太阳能将淡水与盐分和其他污染物分离的技术称为太阳能蒸馏。传统的太阳能蒸馏器由一个装满水的黑色底盆和一个作为冷凝器的透明盖组成，其产量和光热效率较低。最近，太阳能驱动的界面蒸发已成为一种用于高效、清洁水生产的创新和可持续技术。太阳能界面蒸发器的使用环境是需要重点考虑的因素，比如开放水域和动态环境（海水域、水库等）中的水波不可避免地会对界面蒸汽发生器的刚性和脆性结构元件造成物理损坏。尽管基于天然和无机/有机混合材料的界面蒸汽发生器提供了良好的机械强度和抗钝性损坏，但它们容易受到一些机械损坏（如切割、撕裂和摩擦）。小的物理损伤的逐渐增长往往会降低材料的性能并最终导致整个设备的故障。这无疑给耐损伤材料的设计带来了挑战，并在界面蒸发生器中使用的材料的机械强度和柔顺性之间产生了两难选择。受生物体自密封和自修复过程的启发，不同的仿生设计和机制已被转移到自修复聚合物网络（水凝胶、弹性体、热固性材料等）中，旨在损坏和疲劳后恢复功能。然而，在目前界面蒸发生器的设计中，结构部件的可重复性（疲劳）和可逆性（恢复）在很大程度上被忽视了。因此，亟需开发自修复构件来防止永久性故障、恢复原始功能并延长使用寿命的界面蒸发器。
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鉴于此，中国海洋大学徐晓峰教授与剑桥大学Petri Murto教授合作利用聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠（SA）和聚丙烯酸钠（PAAS）的高度亲水性、多孔性和广泛的氢键网络的优点，制备了具有明确结构的整体式、耐用且自漂浮的水凝胶界面蒸发生器。由于化学和物理交联产生的动态共价键和非共价相互作用的存在，水凝胶界面蒸发器具有良好的机械性能和快速自愈能力。这项工作突出了使用自修复水凝胶制造坚固且耐损坏材料的巨大潜力。
文章亮点
1、该界面蒸汽发生器的保水性、机械性能和自愈能力很容易通过改变材料成分的质量比来调节。蒸发器表面粗糙度的调节和结构元件（太阳能吸收器和水路）的集成还可通过自愈过程得到显着简化。
2、用1倍太阳光强辐照在各种水环境（盐度36~210 g/kg）中的界面蒸发器设备，其水蒸发率高达约2.2 kg m-2 h-1，超过了大多数使用复合聚合物构建的设备，成为性能最好的界面蒸汽发生器之一。
3、这项工作凸显了开发自修复水凝胶的巨大潜力，可以防止突然和永久性故障，简化生产过程并延长太阳能蒸发器在实际应用中的寿命。
文献来源
Li, F., Li, N., Wang, S., Qiao, L., Yu, L., Murto, P., Xu, X., Self-Repairing and Damage-Tolerant Hydrogels for Efficient Solar-Powered Water Purification and Desalination. Adv. Funct. Mater. 2021, 2104464. https://doi.org/10.1002/adfm.202104464
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