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南通大學(xué)劉慧副教授、福州大學(xué)賴躍坤教授 AFM：可控水/光雙重響應(yīng)型中空水凝膠纖維驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)高效脫鹽及防鹽沉積
2023-06-07  來源：高分子科技

  能夠感知、適應(yīng)并與環(huán)境刺激相互作用的智能纖維驅(qū)動(dòng)器有著良好的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)的纖維制動(dòng)器在對復(fù)雜環(huán)境的快速傳感和驅(qū)動(dòng)依然存在著困難。此外，太陽能蒸汽冷凝法是一種很有前途的連續(xù)海水脫鹽技術(shù)。然而，隨著時(shí)間積累，蒸發(fā)裝置上會形成鹽積累，不利于穩(wěn)定和可持續(xù)的水蒸汽產(chǎn)生，并且鹽在材料表面的積累會破壞材料的光熱轉(zhuǎn)換性能，從而降低蒸發(fā)效率。


  近期，南通大學(xué)劉慧副教授課題組與福州大學(xué)賴躍坤教授團(tuán)隊(duì)合作，通過同軸濕法紡絲制備了一種中空石墨烯水凝膠纖維，再經(jīng)過加捻、折疊、卷繞得到一種智能型雙螺旋纖維驅(qū)動(dòng)器（RGO@HHF：還原石墨烯中空水凝膠纖維）（圖1）。基于中空結(jié)構(gòu)的優(yōu)異的吸水性能和石墨烯材料的高效的光熱轉(zhuǎn)換性能，該驅(qū)動(dòng)器可以在水、光響應(yīng)下快速實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)自動(dòng)伸長/收縮過程（圖2），最大驅(qū)動(dòng)收縮率分別達(dá)到83%、78%，響應(yīng)速率分別可達(dá)3.8% s-1、 3.55% s-1；诖耍@種動(dòng)態(tài)可逆響應(yīng)運(yùn)動(dòng)使其可實(shí)現(xiàn)脫鹽工藝以及防鹽沉積，纖維驅(qū)動(dòng)器首先吸收海水，在水響應(yīng)下實(shí)現(xiàn)收縮，然后在光照下，海水蒸發(fā)，驅(qū)動(dòng)器伸長繼續(xù)吸收水分，以此實(shí)現(xiàn)脫鹽循環(huán)工藝，在這一往復(fù)過程中，纖維驅(qū)動(dòng)器表面積累的鹽分會溶解在海水中，解決了鹽沉積的問題，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)海水淡化提供了可靠的應(yīng)用前景。（圖3） 


圖1：制作工藝示意圖: a) 濕紡和b) RGO@HHF的加捻工藝。c) RGO@HHF的變形機(jī)理。d)實(shí)心和中空纖維吸水時(shí)的膨脹行為。e)同手性(Z-Z, S-S扭轉(zhuǎn))和異手性(Z-S, S-Z扭轉(zhuǎn)) RGO@HHF的響應(yīng)行為示意圖。f) RGO@HHF的海水淡化應(yīng)用。 


圖2：a1)雙加捻RGO@SHF（實(shí)心水凝膠纖維）和RGO@HHF（中空水凝膠纖維）在水刺激下的動(dòng)態(tài)收縮過程。a2)雙加捻HHF和RGO@HHF在光刺激下的動(dòng)態(tài)收縮過程。b)同手性和異手性的雙加捻RGO@HHF纖維的伸長/收縮驅(qū)動(dòng)示意圖。異手性(c)和同手性(d)雙加捻纖維驅(qū)動(dòng)器在水和光刺激下的動(dòng)態(tài)收縮和伸長過程。 


圖3：a) 雙加捻RGO@HHF的脫鹽過程。b) 在20wt % NaCl溶液中脫鹽過程中，一個(gè)太陽光強(qiáng)度照射下的RGO@HHF隨時(shí)間變化的紅外圖像。c) 延時(shí)快照顯示了原始RGO@HHF纖維和d)雙加捻RGO@HHF纖維在脫鹽過程中的鹽積累。e) 20 wt% NaCl溶液中，雙加捻RGO@HHF纖維在不同光照條件下的溫度變化。f) 不同太陽光強(qiáng)度照射下水分隨時(shí)間的變化。g) 雙加捻RGO@HHF纖維在不同鹽濃度下的重量變化情況。h) 雙加捻RGO@HHF纖維在不同鹽濃度下的蒸發(fā)速率。i, j) 原始鹽水和收集到的冷凝蒸汽水在經(jīng)過太陽熱蒸發(fā)后的離子濃度。


  該研究成果以“Programmable Water/Light Dual-Responsive Hollow Hydrogel Fiber Actuator for Efficient Desalination with Anti-Salt Accumulation”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院劉慧副教授為第一作者，福州大學(xué)石油化工學(xué)院賴躍坤教授為通訊作者。該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202302038

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