隨著全世界人口的持續(xù)增長、工業(yè)化水平的不斷提高以及環(huán)境污染問題的逐漸加劇,水資源短缺問題日益凸顯,如何高效地獲取淡水資源成為當(dāng)下熱點(diǎn)議題。液體控制技術(shù)是緩解水資源短缺危機(jī)的重要手段之一,典型液體控制技術(shù)包括:海水淡化技術(shù)、霧汽收集技術(shù)、液體輸運(yùn)技術(shù)以及油水分離技術(shù)。一方面,借助海水淡化技術(shù)與霧汽收集技術(shù),通過控制液體物相轉(zhuǎn)化,可以從自然界現(xiàn)有含水體系中將水分提取出來,獲取新的、可再生的淡水資源,做到開源;另一方面,利用液體定向輸運(yùn)技術(shù)及油水分離技術(shù),可以改變液體空間位置及控制液體組成,實(shí)現(xiàn)水資源的統(tǒng)籌調(diào)配及含油廢水的循環(huán)利用,避免水資源浪費(fèi)及水體污染現(xiàn)象進(jìn)一步惡化,做到節(jié)流。通過上述4種關(guān)鍵性液體控制技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)水資源的開源節(jié)流,形成水資源開發(fā)利用的良性循環(huán)局面。典型液體控制技術(shù)的推廣應(yīng)用依托于液控功能材料的研發(fā)制備,經(jīng)過幾個(gè)世紀(jì)的努力,科研工作者們開發(fā)出大量的液控功能材料。然而,傳統(tǒng)液控功能材料存在以下技術(shù)難題:海水淡化材料光熱轉(zhuǎn)換效率低以及機(jī)械穩(wěn)定性差（主要由光熱轉(zhuǎn)換納米顆粒與基底材料結(jié)合力弱造成）;霧汽收集材料及液體定向輸運(yùn)材料低效的霧汽捕獲能力及液體傳輸方式,造成霧汽收集及液... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：155 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

(a)Cu2-xSe納米顆粒形貌表征；(b)光熱效應(yīng)治療效果圖[52]

南莨馓匭裕?蒲泄ぷ髡?們通過在碳材料表面加工不同的納米尺度的幾何結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)[58-60]。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)性能提升的基本原理為：一方面，當(dāng)入射光線的光波長大于或等于表面納米結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)時(shí)，光和界面的作用方式會(huì)發(fā)生改變，整個(gè)材質(zhì)得到了呈梯度性逐漸變化的折射率，增加了光的吸收；另一方面復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)增加了光線在碳材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳播的路徑長度，通過更多次的反射與折射，使得碳材料與光線作用的幾率與次數(shù)大幅度提升，進(jìn)而使得碳材料將更多的光能截留在碳材料內(nèi)部，從而提升了碳材料的光能捕獲能力。圖1.2(a)CNTs液體光熱驅(qū)動(dòng)蒸汽產(chǎn)生示意圖[61]；(b)Fe3O4@CNT液體光熱驅(qū)動(dòng)蒸汽產(chǎn)生示意圖[62]自碳納米管材料問世以來，由于其優(yōu)異的性能，被普遍地應(yīng)用于各行各業(yè)的新型功能材料的開發(fā)中。對(duì)于海水淡化功能材料領(lǐng)域，主要利用其比熱容較低、熱穩(wěn)定性較強(qiáng)、機(jī)械穩(wěn)定性良好等特點(diǎn)。碳納米管的比熱容為0.50-0.75g-1K-1，較低的比熱容可以使碳納米管材料更快的達(dá)到熱飽和狀態(tài)，將轉(zhuǎn)化而來的熱量直接用于海水的蒸發(fā)淡化，而不會(huì)將熱能儲(chǔ)存于碳納米管材料中[63]。另外，碳納米管適用于多種經(jīng)濟(jì)高效的加工工藝，例如過濾、噴涂以及旋涂等，可以制備出厚度、孔徑可控制的多孔網(wǎng)狀薄膜材料[64]。多孔碳納米管材料在海水淡化領(lǐng)域應(yīng)用的機(jī)理圖如圖1.2所示，當(dāng)將多孔碳納米管材料暴露于太陽光下時(shí)，上層的

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文6碳納米管原料會(huì)捕獲光子，未被吸收掉的光子會(huì)被散射入下層碳納米管原料，進(jìn)行二次捕獲，多孔確保碳納米管原料的高效光捕獲能力的實(shí)現(xiàn)[61]。為了實(shí)現(xiàn)碳納米管原料的可循環(huán)利用，將磁性材料添加到碳納米管原料中，一方面，通過磁性材料可以快速將碳納米管材料吸附出來，減少材料的浪費(fèi)；另一方面，鐵基磁性納米微粒材料也會(huì)增強(qiáng)光熱轉(zhuǎn)換效率[62,65,66]。除了碳納米管材料，自然界中的樹木因其多孔、輕質(zhì)、隔熱以及親水特性，將其燃燒碳化后，也是一種優(yōu)良的海水淡化材料設(shè)計(jì)方案[67]。此外，納米纖維、氧化石墨烯及相關(guān)衍生產(chǎn)物等也因其極高的比表面積和良好的光吸收能力，被科研工作者廣泛采用為海水淡化功能材料。盡管現(xiàn)有碳基海水淡化材料從材質(zhì)和性能方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，但從制備工藝以及使用壽命的角度考慮，仍然有較大的進(jìn)步空間。1.2.2集霧功能材料1.2.2.1親疏水性交替集霧功能材料圖1.3疏水性基底材料表面具有的親水性復(fù)雜圖案[68,69]受生活在沙漠中的甲殼蟲背板特征結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，科學(xué)工作者們通過加工制造一系列具有親疏水交替排布陣列的表面，實(shí)現(xiàn)了霧汽的高效收集。一種被廣泛采用的加工工藝為噴墨打櫻Zhang等人利用氯硅烷對(duì)二氧化硅納米球粒進(jìn)行化學(xué)修飾，并將修飾后的納米球粒沉積于玻璃基底的上層，通過此方法得到疏水性表面，再將多巴胺以噴墨打印的形式噴涂于疏水性表面，通過定制化的圖案設(shè)計(jì)，


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