上海交大王如竹教授團隊 Nature Water：提出熱質(zhì)有序傳輸的雙定向分級多孔結構吸附材料，助力規?；咝Э諝馊∷?/h1>
發(fā)表于： 來(lái)自：上海交通大學(xué)新聞網(wǎng)
近日，上海交通大學(xué)機械與動(dòng)力工程學(xué)院王如竹教授領(lǐng)銜的“能源-水-空氣”交叉學(xué)科創(chuàng )新團隊I(yíng)TEWA與得克薩斯大學(xué)團隊合作，在Nature Water期刊發(fā)表了題為“Scalable and Efficient Solar-driven Atmospheric Water Harvesting Enabled by Bidirectionally Aligned and Hierarchically Structured Nanocomposites”的研究論文。論文開(kāi)展了吸附式空氣取水“材料-單元-裝置-系統”的多層級基礎理論和實(shí)驗研究，為吸附式空氣取水的跨尺度熱質(zhì)有序傳輸和高效節能熱力循環(huán)提供了新思路。上海交大機械與動(dòng)力工程學(xué)院制冷與低溫工程研究所博士生嚴泰森、王鵬飛和李廷賢研究員為論文第一作者，李廷賢研究員、王如竹教授和德克薩斯大學(xué)余桂華教授為通訊作者。
水蒸氣傳輸過(guò)程和吸附材料結構設計新思路
空氣取水技術(shù)是緩解淡水資源短缺的有效途徑。近年來(lái)，太陽(yáng)能驅動(dòng)的吸附式空氣取水技術(shù)因其高適應性和低成本等優(yōu)勢得到廣泛關(guān)注，有望在任何時(shí)間和地點(diǎn)生產(chǎn)滿(mǎn)足安全標準的可飲用水。然而，盡管報道的吸附材料在粉末或小顆粒測試中展現出較高的吸附性能，當規?；瘧糜诳諝馊∷b置時(shí)，由于材料隨機堆積導致熱質(zhì)無(wú)序傳輸，不可避免地造成取水性能的大幅衰減，成為制約規?；绞娇諝馊∷l(fā)展的共性瓶頸難題，亟需探究吸附材料堆積結構對吸附-解吸過(guò)程中傳熱傳質(zhì)性能的影響機制，指導新型吸附材料的結構設計和空氣取水“材料-單元-裝置-系統”的多層級跨尺度熱設計。
雙定向分級多孔結構吸附材料的制備及規?；諝馊∷阅?。(a) 雙溫度梯度誘導冰晶生長(cháng)合成雙定向分級多孔結構吸附材料的制備方法 (b) 基于雙定向分級多孔結構吸附材料組裝整列的規?；諝馊∷b置示意圖 (c)不同相對濕度工況下空氣取水性能比較
研究團隊提出了構建跨尺度熱質(zhì)有序傳輸結構提高空氣取水吸附-解吸動(dòng)力學(xué)的學(xué)術(shù)思路，在理論層面，闡明了吸附材料堆積結構與熱質(zhì)傳輸性能的構效關(guān)系和影響因素，明晰了材料內部的擴散阻力是影響吸附-解吸過(guò)程性能惡化的主要原因；材料層面，首創(chuàng )了雙溫度梯度誘導冰晶生長(cháng)合成雙定向分級多孔結構吸附材料的熱設計方法，實(shí)現了兼具低擴散深度和低曲折因子的吸附材料的優(yōu)化制備；裝置層面，提出了規?；諝馊∷b置的模塊化組裝熱設計方法，采用雙定向分級多孔結構吸附單元進(jìn)行串/并聯(lián)有序組裝實(shí)現了空氣取水裝置的構建；系統層面，提出了具有普適性的主動(dòng)式空氣取水系統的回熱新循環(huán)，實(shí)現了冷凝器冷負荷和集熱器熱負荷的協(xié)同降低。研究設計并搭建了規?；責嵝瓦B續式空氣取水實(shí)驗裝置，實(shí)現了全天候寬濕度工況下的太陽(yáng)能驅動(dòng)高效空氣取水，材料吸附量高達6.61 kgwater·kgsorbent-1，裝置單日取水量高達2820 mL·kg-1·day-1。該工作闡明了材料結構設計對空氣取水的重要意義，為實(shí)現規?；咝绞娇諝馊∷峁┝诵滤悸?。
王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA（Innovation Team for Energy, Water & Air）交叉學(xué)科創(chuàng )新團隊致力于解決能源、水、空氣領(lǐng)域的前沿基礎性科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過(guò)學(xué)科交叉實(shí)現材料-器件-系統層面的整體解決方案，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。近年來(lái)在Science、Nature Reviews Materials、Nature Energy、Nature Water、Nature Communications、Chemical Society Reviews、Joule等國際期刊上發(fā)表系列跨學(xué)科交叉論文。
近日，上海交通大學(xué)機械與動(dòng)力工程學(xué)院王如竹教授領(lǐng)銜的“能源-水-空氣”交叉學(xué)科創(chuàng )新團隊I(yíng)TEWA與得克薩斯大學(xué)團隊合作，在Nature Water期刊發(fā)表了題為“Scalable and Efficient Solar-driven Atmospheric Water Harvesting Enabled by Bidirectionally Aligned and Hierarchically Structured Nanocomposites”的研究論文。論文開(kāi)展了吸附式空氣取水“材料-單元-裝置-系統”的多層級基礎理論和實(shí)驗研究，為吸附式空氣取水的跨尺度熱質(zhì)有序傳輸和高效節能熱力循環(huán)提供了新思路。上海交大機械與動(dòng)力工程學(xué)院制冷與低溫工程研究所博士生嚴泰森、王鵬飛和李廷賢研究員為論文第一作者，李廷賢研究員、王如竹教授和德克薩斯大學(xué)余桂華教授為通訊作者。
水蒸氣傳輸過(guò)程和吸附材料結構設計新思路
空氣取水技術(shù)是緩解淡水資源短缺的有效途徑。近年來(lái)，太陽(yáng)能驅動(dòng)的吸附式空氣取水技術(shù)因其高適應性和低成本等優(yōu)勢得到廣泛關(guān)注，有望在任何時(shí)間和地點(diǎn)生產(chǎn)滿(mǎn)足安全標準的可飲用水。然而，盡管報道的吸附材料在粉末或小顆粒測試中展現出較高的吸附性能，當規?；瘧糜诳諝馊∷b置時(shí)，由于材料隨機堆積導致熱質(zhì)無(wú)序傳輸，不可避免地造成取水性能的大幅衰減，成為制約規?；绞娇諝馊∷l(fā)展的共性瓶頸難題，亟需探究吸附材料堆積結構對吸附-解吸過(guò)程中傳熱傳質(zhì)性能的影響機制，指導新型吸附材料的結構設計和空氣取水“材料-單元-裝置-系統”的多層級跨尺度熱設計。
雙定向分級多孔結構吸附材料的制備及規?；諝馊∷阅?。(a) 雙溫度梯度誘導冰晶生長(cháng)合成雙定向分級多孔結構吸附材料的制備方法 (b) 基于雙定向分級多孔結構吸附材料組裝整列的規?；諝馊∷b置示意圖 (c)不同相對濕度工況下空氣取水性能比較
研究團隊提出了構建跨尺度熱質(zhì)有序傳輸結構提高空氣取水吸附-解吸動(dòng)力學(xué)的學(xué)術(shù)思路，在理論層面，闡明了吸附材料堆積結構與熱質(zhì)傳輸性能的構效關(guān)系和影響因素，明晰了材料內部的擴散阻力是影響吸附-解吸過(guò)程性能惡化的主要原因；材料層面，首創(chuàng )了雙溫度梯度誘導冰晶生長(cháng)合成雙定向分級多孔結構吸附材料的熱設計方法，實(shí)現了兼具低擴散深度和低曲折因子的吸附材料的優(yōu)化制備；裝置層面，提出了規?；諝馊∷b置的模塊化組裝熱設計方法，采用雙定向分級多孔結構吸附單元進(jìn)行串/并聯(lián)有序組裝實(shí)現了空氣取水裝置的構建；系統層面，提出了具有普適性的主動(dòng)式空氣取水系統的回熱新循環(huán)，實(shí)現了冷凝器冷負荷和集熱器熱負荷的協(xié)同降低。研究設計并搭建了規?；責嵝瓦B續式空氣取水實(shí)驗裝置，實(shí)現了全天候寬濕度工況下的太陽(yáng)能驅動(dòng)高效空氣取水，材料吸附量高達6.61 kgwater·kgsorbent-1，裝置單日取水量高達2820 mL·kg-1·day-1。該工作闡明了材料結構設計對空氣取水的重要意義，為實(shí)現規?；咝绞娇諝馊∷峁┝诵滤悸?。
王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA（Innovation Team for Energy, Water & Air）交叉學(xué)科創(chuàng )新團隊致力于解決能源、水、空氣領(lǐng)域的前沿基礎性科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過(guò)學(xué)科交叉實(shí)現材料-器件-系統層面的整體解決方案，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。近年來(lái)在Science、Nature Reviews Materials、Nature Energy、Nature Water、Nature Communications、Chemical Society Reviews、Joule等國際期刊上發(fā)表系列跨學(xué)科交叉論文。
