背景介绍
水资源短缺已成为制约人类生存与可持续发展的重要问题，而大气中蕴含着丰富且可再生的水汽资源。因此，大气集水技术受到广泛关注。然而，现有吸附式集水和露水收集系统普遍存在热量与水汽传递效率不足、昼夜产水过程不连续等问题。例如，太阳能驱动的吸附式集水依赖夜间吸湿和日间解吸，辐射致冷驱动的露水收集则受环境露点温度限制；同时，吸附、解吸、蒸汽输运与冷凝过程之间缺乏有效协同，进一步限制了系统实际集水性能。因此，如何协同调控大气集水过程中的能-质传递过程，实现全天候淡水收集，有助于促进大气集水技术的应用。
成果展示
基于此，本文通过光子学与界面工程，设计了一种定向辐射致冷与光热辅助的全天候大气集水系统。在材料层面，制备了兼具高太阳光吸收率（0.981）和高红外发射率（0.972）的非选择性吸收层，用于日间光热转换和夜间辐射致冷；采用PAM@LiCl水凝胶进行水汽吸附与解吸，在典型吸湿条件下8 h吸湿量达到3.84 kg m⁻²。同时，在冷凝端构筑了具有高太阳光反射率（0.962）和高大气窗口发射率（0.920）的日间辐射致冷层，并设计仿生箭头状异质润湿冷凝界面，以促进液滴成核、定向汇聚和快速脱落。该界面的集水速率达到0.210 kg m⁻² h⁻¹，较条纹状异质润湿表面和未经处理的铝基表面分别提高28%和76%。
在系统层面，利用铝反射板实现定向光热转换与辐射致冷，使吸附/解吸端和冷凝端能够垂直布置。在日间，定向光热转换过程驱动水凝胶快速解吸，释放的水蒸气在辐射致冷辅助的冷凝端冷凝收集；在夜间，吸附端和冷凝端同时通过定向辐射致冷向天空散热，促进水凝胶吸湿的同时实现露水收集，从而形成昼夜互补的全时产水模式。此外，垂直结构强化了封闭空间内的自然对流，并将两端间距优化为10 mm，有效平衡了内部热量传递与水汽输运。五天户外实验中，该装置实现了1.74 kg m⁻²的日均集水量，最高达到2.12 kg m⁻²。
相关研究成果以“Directional radiative cooling and solar heating-assisted atmospheric water harvesting for all-day water production”为题发表在期刊《Journal of Colloid and Interface Science》上，第一作者为硕士生刘雨锐，通讯作者为李庆教授和陈梅洁副教授。
图1 工作原理与系统设计
图2 非选择性发射体日间光热与夜间辐射致冷性能
图3 凝胶吸附、解吸性能
图4 选择性发射体全天候辐射致冷性能
图5 冷凝界面冷凝性能
图6 大气集水性能
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2026.141171
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