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  隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對于室內(nèi)環(huán)境舒適度的要求越來越高�？諝庀鄬穸茸鳛楹饬渴覂�(nèi)環(huán)境的一項重要參數(shù)，對人體健康、室內(nèi)空氣質(zhì)量以及物品的存放都具有重要意義，因而濕度調(diào)節(jié)也成為室內(nèi)環(huán)境調(diào)控的重要環(huán)節(jié)。此外，大氣濕度被認為是一種過剩的水源，通過從潮濕空氣中收集水分來生產(chǎn)淡水在可持續(xù)供水方面展現(xiàn)了巨大潛力。干燥劑材料在除濕和大氣集水中起著至關(guān)重要的作用，而目前的干燥劑材料吸濕性和循環(huán)穩(wěn)定性有限且水蒸氣脫附能耗高。因此，亟需開發(fā)低能耗、高性能的除濕材料，以實現(xiàn)能耗和室內(nèi)舒適度之間的理想平衡。太陽能作為一種可再生能源，太陽能驅(qū)動的除濕技術(shù)極具節(jié)能潛力和生態(tài)經(jīng)濟效益，在除濕領域具有良好的應用前景。

  自然界中的木頭具有水平方向上的胞腔網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)和垂直方向上的互聯(lián)通道，該特殊結(jié)構(gòu)有助于通過蒸騰作用將水分從地面往枝葉傳輸。受該獨特結(jié)構(gòu)和性能的啟發(fā)，東華大學紡織科技創(chuàng)新中心俞建勇院士和丁彬教授帶領的納米纖維研究團隊創(chuàng)新性提出了一種仿生木頭胞腔網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)纖維基除濕材料的可控制備策略，利用靜電紡絲技術(shù)構(gòu)筑仿生木頭胞腔網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)干燥層，結(jié)構(gòu)成型涉及荷電射流拉伸形變、聚集成束、纖維束分枝堆砌等動態(tài)過程，在表面張力和靜電斥力的競爭作用下，荷電纖維束誘導胞腔網(wǎng)孔堆砌結(jié)構(gòu)自組裝成型。該除濕材料可提供水分在厚度方向傳導/面內(nèi)擴散的定向傳輸通道，使吸收的水分子在太陽光照射下自發(fā)地通過除濕材料傳導到室外，實現(xiàn)太陽能驅(qū)動的室內(nèi)連續(xù)除濕。

圖1. 受木頭啟發(fā)的納米纖維基除濕材料設計。（a–c）由樹干獲得的天然木頭的特殊結(jié)構(gòu)；（d）具有仿生木頭胞腔網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的干燥層納米纖維膜的宏觀形貌；（e）仿生雙層納米纖維膜的制備流程圖；（f）在太陽光照射下雙層納米纖維透濕膜的水分傳輸路徑。

  所制備的纖維基除濕材料中的干燥層具有優(yōu)異的吸濕集水性能，在90%相對濕度下，吸濕量高達3.01g/g，具有快速的吸濕、傳濕速率以及優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，且能夠?qū)崿F(xiàn)高濕環(huán)境下的大氣集水。纖維基除濕材料中光熱層的太陽能吸收率高達93%，光熱轉(zhuǎn)換效率高、透濕性好，有效促進了水分蒸發(fā)。在一個太陽光照射下，該纖維基除濕材料能有效地將室內(nèi)相對濕度降低到中等水平（40-60%RH），滿足人體舒適需求。這項工作為開發(fā)新一代高性能納米纖維基除濕材料用于節(jié)能型濕度控制和大氣集水開辟了道路。這種超吸濕納米纖維膜也將為開發(fā)建筑物透濕窗和精密電子設備內(nèi)部的濕度控制器提供新機遇。

圖2. 除濕性能與應用模型。（a）紅外熱成像揭示一個太陽光照射下的納米纖維膜表面溫度分布；（b）納米纖維膜表面溫度隨太陽光照射時間的變化；（c）納米纖維膜的質(zhì)量變化與太陽光照射時間的關(guān)系；（d）納米纖維膜的水分蒸發(fā)速率隨時間的變化；（e）雙層納米纖維膜的放大樣品；（f）用于連續(xù)除濕測試的縮小房子模型；（g）模擬太陽光照射下的除濕模型示意圖；（h）水分在除濕模型中的運動最終實現(xiàn)室內(nèi)除濕的原理圖；（i）一個太陽光照射下室內(nèi)相對濕度和溫度隨時間的變化曲線；（j）應用模型：新型懸掛式大氣水收集器；（k）智能窗概念：雙層膜作為室內(nèi)除濕材料。

  相關(guān)工作近期以“Super hygroscopic nanofibrous membrane-based moisture pump for solar-driven indoor dehumidification”為題被Nature Communications（Nat. Commun. 2020, 11, 3302）在線發(fā)表。論文第一作者為東華大學紡織學院博士生張宇菲，共同通訊作者為丁彬教授和王先鋒研究員。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金項目的大力資助。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-17118-3