浙江
水是维系人类生命健康和社会发展的物质基础。随着气候变化、水资源过度开发以及社会经济的发展，淡水短缺问题日益严峻。从大气中捕获淡水是应对水资源危机的有效途径之一。然而，从非饱和湿度空气中无能耗的捕获水分目前仍然是具有挑战性的工作。现有空气集水技术多数依赖于有源制冷设备来冷凝潮湿空气中的水分，这不仅造成了大量的能源消耗，引发温室气体的排放，而且还进一步加剧了气候的复杂性，使得淡水短缺问题陷入恶性循环。因此，开发绿色、低碳且高效的大气水收集技术已成为全球范围内亟需解决的关键问题。
华中科技大学瞿金平院士/吴婷副教授在前期围绕聚合物仿生表界面结构设计与功能调控的系列研究工作基础上（Nano-Micro Lett., 2025, 17, 68；Nano Energy, 2024, 109709；Adv. Funct. Mater., 2023, 2213398；Small, 2023, 2300915；ACS Nano, 2022, 16: 16624-16635；Small, 2022, 2200175），受纳米布沙漠蹼趾虎躲避热辐射和捕获水分行为的启发，通过仿生表界面协同设计，采用团队自主开发的微挤注压缩成型结合表面修饰的方法，制备了一种集成辐射制冷和异质润湿功能的仿生无源集水材料（PFCMH）。结果表明，仿生表界面结构赋予材料在0.3~2.5 μ m波段~92.9 %的反射率，在8~13 μ m波段~98.1 %的发射率，实现了~6.9 ℃的温降。此外，PFCMH的表面润湿性得到了精确调控，接触角为~153 °，滚动角为~42 °，构建了亲水和疏水位点交替分布的异质润湿行为。表面和界面功能的协同不仅增强了材料的被动冷却性能，还提高了PFCMH表面微小水滴的成核和传输效率，实现了被动亚露点冷却和无能耗的大气水收集。在1个月的户外集水实验中，依托PFCMH搭建的集水系统每晚可产生约620.4–1244.4 g m-2淡水，白天产生约52.2–102.5 g m-2淡水，且捕获的淡水满足WHO饮用水标准，铺设2 m2即可满足1位成年人单日饮水需求。本工作为仿生空气集水材料的设计、制造和性能调控提供了技术与理论支撑，对推动无源空气集水材料的发展以及应对局部乃至世界范围内的淡水资源危机具有重要意义。
图 仿生辐射冷却增强的非均匀润湿表面设计与应用
相关工作以Bioinspired Heterogeneous Surface for Radiative Cooling Enhanced Power-free Moisture Harvesting in Unsaturated Atmosphere为题发表在《Advanced Materials》上，华中科技大学2022级博士生张聪源与武汉工程大学谢恒副教授为论文的共同第一作者，华中科技大学吴婷副教授、瞿金平院士与香港理工大学王钻开教授为论文的共同通讯作者。
作者简介：
吴婷，华中科技大学化学与化工学院副教授，博士生导师，《Biomimetics》期刊客座编辑，《Journal of Bionic Engineering》和《塑料工业》期刊青年编委，长期致力于聚合物成型加工新方法与仿生功能高分子复合材料研究，以第一/通讯作者在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Nano-Micro Lett、Nano Energy等期刊上发表SCI论文30余篇，4篇入选ESI Top 1%高被引，1篇入选热点论文，研究成果被《科技日报》多次报道，申请发明专利16件，授权发明专利6件，主持国家自然科学基金青年项目、国家重点研发计划项目子课题、湖北省自然科学基金青年项目等国家/省部级科技项目5项，主持企业合作项目3项。
瞿金平，中国工程院院士，华南理工大学机械与汽车工程学院教授、华中科技大学化学与化工学院教授，国家杰出青年科学基金获得者、教育部“长江学者奖励计划”首批特聘教授、全国先进工作者。长期从事高分子材料加工成型装备技术与理论研究，提出振动剪切形变和体积拉伸形变动态塑化输运方法及原理、系统发展了高分子材料加工成型理论、发明研制成功一系列聚合物及其复合材料加工成型新装备，是国内外高分子产品外场强化先进制造理论及技术的奠基者与开拓者。获得中国发明专利权80多件、国际发明专利10件；发表SCI收录论文超过200篇，出版著作（译著）6部，其中国外出版英文专著1部。曾获国家技术发明奖二等奖2项、国家科学技术进步奖二等奖1项、中国专利金奖2项、中国专利优秀奖1项、省部级科技奖励特等奖1项和一等奖5项；香港蒋氏科技成就奖、何梁何利基金科学与技术创新奖、广东省科学技术奖突出贡献奖、全国创新争先奖状等奖励荣誉。
文章链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202414389
来源：高分子科学前沿
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