利用太陽能進行海水淡化具有重大的應用前景。為提高海水淡化速率和提高能源利用效率，研究人員提出了利用新型光熱轉換材料降低熱損耗、構筑有效的水/蒸汽傳輸界面，以及提高光熱轉換材料的耐用性等策略。然而，目前的海水淡化裝置能耗較高，海水淡化的效率、耐久性均有待提高，尤其是鹽度升高后的持續(xù)淡化仍然是一個巨大挑戰(zhàn)。

記者今天從中國科學院化學研究所獲悉，在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，日前，該所綠色印刷重點實驗室科研人員在前期構建的快速連續(xù)3D打印體系的基礎上，研究人員與美國麻省理工學院教授Nicholas Fang課題組合作，利用3D打印技術構造了三維錐形不對稱結構蒸發(fā)體系，在高鹽度下實現(xiàn)了高效太陽能利用和高速水蒸發(fā)。為實現(xiàn)高效的光熱轉換和海水蒸發(fā)，通過有效熱管理實現(xiàn)高效水傳輸和蒸發(fā)至關重要。該研究成果近日發(fā)表于頂級學術期刊《自然-通訊》上。

研究表明：研究團隊所設計的3D錐形結構表面可以束縛梯度厚度的水膜，同時3D蒸發(fā)器的不同高度對太陽光的吸收不同，導致水的蒸發(fā)存在蒸發(fā)梯度，主要的蒸發(fā)位點為3D結構的頂部，因此水膜沿3D結構的側壁呈現(xiàn)溫度梯度，并由于馬蘭戈尼效應使水流向更快的蒸發(fā)區(qū)域，從而顯著提高水蒸發(fā)速率和能量的利用效率。

高鹽度水蒸發(fā)時，水膜厚度梯度和蒸發(fā)場梯度導致3D結構表面存在鹽的濃度梯度和頂部鹽結晶特征，結晶的鹽很容易去除，因而可以連續(xù)工作，有很強的應用前景。