Solar‐Powered Interfacial Evaporation and Deicing Based on a 3D‐Printed Multiscale Hierarchical Design

材料科学 蒸发 气凝胶 纳米技术 光热治疗 制作 3D打印 太阳能 复合材料 医学 物理 替代医学 病理 热力学 生态学 生物
作者
Na Li,Ke Shao,Jintao He,Shuxue Wang,Shuai Li,Xiaochun Wu,Jingjing Li,Cui Guo,Liang Yu,Petri Murto,Junwu Chen,Xiaofeng Xu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (33): e2301474-e2301474 被引量:75
标识
DOI:10.1002/smll.202301474
摘要

Abstract Solar‐powered interfacial heating has emerged as a sustainable technology for hybrid applications with minimal carbon footprints. Aerogels, hydrogels, and sponges/foams are the main building blocks for state‐of‐the‐art photothermal materials. However, these conventional three‐dimensional (3D) structures and related fabrication technologies intrinsically fail to maximize important performance‐enhancing strategies and this technology still faces several performance roadblocks. Herein, monolithic, self‐standing, and durable aerogel matrices are developed based on composite photothermal inks and ink‐extrusion 3D printing, delivering all‐in‐one interfacial steam generators (SGs). Rapid prototyping of multiscale hierarchical structures synergistically reduce the energy demand for evaporation, expand actual evaporation areas, generate massive environmental energy input, and improve mass flows. Under 1 sun, high water evaporation rates of 3.74 kg m−2 h−1 in calm air and 25.3 kg m−2 h−1 at a gentle breeze of 2 m s−1 are achieved, ranking among the best‐performing solar‐powered interfacial SGs. 3D‐printed microchannels and hydrophobic modification deliver an icephobic surface of the aerogels, leading to self‐propelled and rapid removal of ice droplets. This work shines light on rational fabrication of hierarchical photothermal materials, not merely breaking through the constraints of solar‐powered interfacial evaporation and clean water production, but also discovering new functions for photothermal interfacial deicing.
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