近日,北理工长三院智能材料设计团队安盟教授联合四川大学和得克萨斯大学奥斯汀分校,以“Spatially regulated water-heat transport by fluidic diode membrane for efficient solar-powered desalination and electricity generation”为题,在Nature Communications上发表了一篇重要研究论文,团队成员安盟教授为文章共同通讯作者。
随着全球水资源短缺和能源危机的加剧,太阳能驱动的海水淡化技术因其可持续性和环保性而备受瞩目。然而,传统太阳能蒸发器在水传输和热管理之间存在难以平衡的矛盾,导致蒸发效率低下。如何在保持高效水传输的同时实现热量的有效局部化,成为亟待解决的科学难题。本研究通过设计一种新型流体二极管膜(Fluidic Diode Membrane, FDM),为这一挑战提供了突破性解决方案。
新型流体二极管膜的制备和表征
图源:Nature Communications
研究团队受到电子二极管的启发,设计了一种具有不对称孔道结构的单层膜。这种膜一面分布着规则排列的大孔(macropores),另一面则是密集的纳米孔(nanopores)。这种梯度孔结构赋予了膜“二极管效应”:水分子能够从大孔侧快速单向传输至纳米孔侧,同时热量在纳米孔侧实现局部化。这种独特的设计不仅加速了水蒸发,还显著提升了能量利用效率。这项研究的流体二极管膜设计理念,不仅为太阳能海水淡化提供了高效解决方案,还可推广至其他领域,如气体分离、电池隔膜等。未来,这种膜技术有望在水资源短缺地区实现大规模应用,同时为可再生能源开发提供新路径。
文章信息 :
Yuanhang Cao, Jiemin Wang, Weixin Guan, Meng An, Peng Yan, Zhengtong Li, Changsheng Zhao & Guihua Yu. Nat Commun 16, 5050 (2025).
原文地址:
https://www.nature.com/articles/s41467-025-60283-6