免费av大片在线看_日本久久东京热午夜_日韩欧美亚洲中文字幕国_大战刚结婚的少妇_亚洲AV成人综合网成人_91九色丨PORNY丨交换_成人动漫网站_欧美在线专区

  在全球范圍內(nèi)，淡水資源的稀缺性日益凸顯，約三分之二人口生活于缺水區(qū)域，開發(fā)可持續(xù)的水資源獲取技術(shù)具有重要意義。大氣水收集技術(shù)因其不受地理與水文條件限制而備受關(guān)注，其核心在于高性能吸附材料的設(shè)計(jì)。然而，傳統(tǒng)吸濕材料往往面臨快速吸附動(dòng)力學(xué)與超高吸水量之間的固有矛盾，成為該領(lǐng)域長期存在的技術(shù)瓶頸。

  近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)冷勁松教授團(tuán)隊(duì)在《Advanced Materials》上發(fā)表了題為“4D-Printed Dual-Functional Hydrogels Breaking the Trade-Off Between Rapid Kinetics and Ultrahigh Water Uptake for Atmospheric Water Harvesting”的研究論文，博士生俞建勇為論文第一作者，冷勁松教授、謝芳副教授和北京理工大學(xué)安盟研究員為論文共同通訊作者。

  論文報(bào)道了一種4D打印雙功能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠復(fù)合材料（4D TZG-PPY-LiCl）。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種由熱響應(yīng)性聚合物聚N-異丙基丙烯酰胺與兩性離子聚合物構(gòu)成的雙功能網(wǎng)絡(luò)水凝膠。其中，兩性離子網(wǎng)絡(luò)通過“鹽溶效應(yīng)”增強(qiáng)材料在鹽環(huán)境中的溶脹能力，從而擴(kuò)大水分存儲(chǔ)空間；熱響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)則賦予材料親水-疏水轉(zhuǎn)變特性，實(shí)現(xiàn)水分的快速釋放。進(jìn)一步地，通過4D打印構(gòu)建蜂窩狀多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，顯著增加材料與空氣的接觸界面，縮短水分在內(nèi)部擴(kuò)散路徑，從而加速吸附動(dòng)力學(xué)。該4D打印雙功能水凝膠兼具快速的吸濕速率和超高的吸水量，同時(shí)可利用太陽能驅(qū)動(dòng)高效釋放水分，為下一代大氣集水材料的設(shè)計(jì)提供了全新思路。

圖1 4D TZG-PPY-LiCl水捕獲和釋放機(jī)制示意圖。

  通過數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)成功集成了熱敏性網(wǎng)絡(luò)和兩性離子網(wǎng)絡(luò)的4D雙功能網(wǎng)絡(luò)水凝膠。此外通過靜電作用將氯化鋰錨定在聚合物結(jié)構(gòu)中，并負(fù)載聚吡咯賦予其優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能。

圖2：(a)通過光聚合反應(yīng)合成TZG-LiCl的路線。(b) DLP打印技術(shù)制備4D TZG的示意圖，以及PPY和LiCl的負(fù)載過程。(c)PNIPAM、PDMAPS、TZG和TZG-LiCl的FTIR光譜。(d)PNIPAM、PDMAPS和TZG的DSC曲線。(e) 4D TZG-PPY-LiCl的SEM圖像。

  兩性離子聚合物(PDMAPS)通過鹽溶效應(yīng)顯著增強(qiáng)水凝膠的溶脹與鹽負(fù)載能力，而熱敏性聚合物(PNIPAM)受鹽析效應(yīng)響應(yīng)，其鹽負(fù)載能力和溶脹性能受到明顯抑制�；趦烧邊f(xié)同構(gòu)建的4D TZG雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，在高鹽環(huán)境中仍能保持熱響應(yīng)特性，這為設(shè)計(jì)適用于大氣水收集的功能材料提供了關(guān)鍵依據(jù)。

圖3：(a) PNIPAM、PDMAPS和TZG在不同濃度LiCl溶液中的溶脹率。(b) PNIPAM-LiCl和(c) PDMPAS-LiCl體系的分子動(dòng)力學(xué)模擬快。(d) PNIPAM和PDMAPS分子鏈的回轉(zhuǎn)半徑。(e) TZG-LiCl的模擬晶胞快照。(f) 不同原子對(duì)包括SPDMAPS-Li+、OPNIPAM-Li+、NPNIPAM-Li+和OPDMAPS-Li+的徑向分布函數(shù)。

  4D TZG-PPY-LiCl在30%與60%RH下，分別于180分鐘與300分鐘內(nèi)達(dá)到吸附平衡，吸水量分別為1.62 g/g與3.54 g/g，顯著優(yōu)于塊狀對(duì)照樣品。水?dāng)U散系數(shù)計(jì)算表明，4D打印結(jié)構(gòu)材料的傳質(zhì)效率較塊體材料提升約58%。在90%高濕環(huán)境下，其吸水率高達(dá)6.85 g/g，優(yōu)于已報(bào)道的吸附材料。結(jié)果表明在30%-90%RH范圍內(nèi)，4D TZG-PPY-LiCl吸濕速率與吸水量均為塊體TZG-PPY-LiCl兩倍。

圖4：(a) PNIPAM-PPY-LiCl、塊體TZG-PPY-LiCl和4D TZG-PPY-LiCl在60%RH下以及(c)在90%RH下12小時(shí)內(nèi)的吸附動(dòng)力學(xué)曲線。(b) 塊體TZG-PPY-LiCl和4D TZG-PPY-LiCl在60%RH下的Dw值。(d) PNIPAM-PPY-LiCl、塊體TZG-PPY-LiCl和4D TZG-PPY-LiCl在30%、45%、60%、75%和90%RH下的吸水量。在90%RH下吸濕12小時(shí)后(e)塊體TZG-LiCl和(f) 4D TZG-LiCl的照片圖像。(g) 4D TZG-PPY、4D TZG-LiCl和4D TZG-PPY-LiCl在30%、60%和90%RH下的吸水量。(h) 4D TZG-PPY-LiCl與其他吸附劑之間水分吸收量的比較。(i) 塊體TZG-PPY-LiCl和(j) 4D TZG-PPY-LiCl中水分吸收能力的理論計(jì)算。

  在解吸水分方面，材料在一倍太陽光照射下表面溫度迅速升高并超過最低臨界溶解溫度，從而發(fā)生親水-疏水轉(zhuǎn)變與結(jié)構(gòu)收縮協(xié)同驅(qū)動(dòng)水分快速釋放，30分鐘內(nèi)可脫附95%以上的吸附水。此外，經(jīng)過300次連續(xù)吸脫附循環(huán)后，材料仍保持88%的初始吸水容量，表現(xiàn)出良好的循環(huán)耐久性。

圖5：(a) TZG-LiCl和TZG-PPY-LiCl的UV-Vis-NIR光譜。(b) 4D TZG-PPY-LiCl在不同RH條件下經(jīng)一太陽照射時(shí)表面溫度隨時(shí)間變化以及(c) 紅外熱成像圖像。(d) 4D TZG-PPY-LiCl的水分脫附曲線。(e) 4D TZG-PPY-LiCl的循環(huán)性能。(f) 4D TZG-PPY-LiCl水分釋放和捕獲機(jī)制的原理圖。

  此外，進(jìn)一步構(gòu)建了4D TZG-PPY-LiCl雙層大氣水收集裝置，實(shí)現(xiàn)了晝夜連續(xù)的吸附-脫附循環(huán)運(yùn)行。戶外實(shí)測表明，該裝置可在自然光照條件下實(shí)現(xiàn)多次水收集循環(huán)，收集水質(zhì)符合世界衛(wèi)生組織飲用水標(biāo)準(zhǔn)，展現(xiàn)出良好的實(shí)際應(yīng)用潛力。

圖6：(a) 雙層AWH裝置的示意圖。(b) 雙層AWH裝置中的集水過程。(c) 4D TZG-PPY-LiCl集水-釋放循環(huán)的照片。(d)室外環(huán)境中太陽輻照度和溫度數(shù)據(jù)。(e)室外實(shí)驗(yàn)中收集的水量。(f)通過ICP-OES評(píng)估收集水的水質(zhì)。

  論文得到了中國國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國家自然科學(xué)基金和山東省自然科學(xué)基金的支持。

  冷勁松教授團(tuán)隊(duì)長期從事于智能材料結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用研究。在航天領(lǐng)域，研制了基于形狀記憶聚合物復(fù)合材料的可展開鉸鏈、桁架、重力梯度桿、天線、太陽能電池、離軌帆、鎖緊釋放機(jī)構(gòu)等智能結(jié)構(gòu) (Chem. Eng. J., 2025, 505, 159558; Compos. Part A-Appl. S.,2024, 190, 108595; Chem. Eng. J., 2024, 489, 150956; Chem. Eng. J., 2023, 457, 141282; Small, 2023, 2307244; Sci. China. Technol. Sc., 2020, 63, 1436–1451; Smart Mater. Struct., 2022, 31, 025021; Compos. Struct., 2022, 280, 114918; Compos. Struct., 2022, 290, 115513)，可應(yīng)用于各種衛(wèi)星平臺(tái)、空間站、探月工程、深空探測工程等。設(shè)計(jì)制備了構(gòu)型、力學(xué)性能可調(diào)節(jié)、可重構(gòu)的拉脹力學(xué)超材料和像素力學(xué)超材料 (Adv. Funct. Mater., 2024, 34, 2408887; Adv. Funct. Mater., 2023, 34, 2316181; Adv. Funct. Mater., 2022, 32, 2107795)。在生物領(lǐng)域，基于形狀記憶聚合物等智能材料開發(fā)了多種智能生物支架和人工假體 (Adv. Funct. Mater., 2024, 34, 2402592; Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2312036; Adv. Fiber Mater., 2023, 5, 632-649; Research, 2023, 6, 0234; Biomaterials, 2022, 291, 121886; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 42568-42577)。冷勁松教授團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)并研制的基于形狀記憶聚合物的中國國旗鎖緊展開機(jī)構(gòu)，于2021年5月在天問一號(hào)上成功展開，使我國成為世界上首個(gè)將基于形狀記憶聚合物復(fù)合材料的智能結(jié)構(gòu)應(yīng)用于深空探測工程的國家 (Smart Mater. Struct., 2022, 31, 115008.)。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202516698.