变“裂”为宝：巧用裂纹结构打造高效太阳能水处理系统

在传统认知中，“裂纹”往往与“缺陷”、“损坏”和“脆弱”划上等号。它是瓷器上令人惋惜的瑕疵，是混凝土结构中潜在的危险信号，是材料失效的先兆。人们总是试图避免它、修复它、消除它。

然而，如果换个视角，会发现在大自然鬼斧神工的设计和人类智慧的巧妙运用中，裂纹并非总是失败的象征，反而是一种精妙的功能性结构。

你看那凶猛的鳄鱼，其皮肤之所以能在坚硬的铠甲与灵活的躯体间达到完美平衡，正是得益于表面广泛分布的裂纹网络，它们像一道道“缓冲带”，有效分散应力，让坚韧与柔韧并存。再看我们日常行走的水泥路面，工程师们会主动预切出规整的“裂纹”——伸缩缝，这并非是多此一举，而是为了引导和释放热胀冷缩产生的巨大内应力，从而避免更严重、更不可控的破碎。更进一步，狭窄的裂纹缝隙还能产生强大的毛细作用力，成为卓越的输水通道。树叶中遍布的网状叶脉，正是通过这些微细通道，将水分与养分高效地输送至每一寸叶肉，滋养着生命的绽放。

这些无处不在的自然启示与工程智慧，极大地启发了南昌大学王振兴副教授团队的研究工作。他们提出了一个颠覆性的构想：能否反其道而行之，主动在功能涂层中设计并构建裂纹结构，从而同时解决太阳能水处理领域的多个瓶颈难题？
在这一思路的指引下，研究团队成功将仿生裂纹结构引入金属-多酚涂层中，开发出了一种兼具高效蒸发、污染物降解和卓越机械稳定性的新型材料。近日，该项突破性研究成果以“Bio-inspired cracked metal-phenolic networks with durable confinement capillarity and photocatalysis for highly efficient evaporation and water remediation”为题发表在Science Bulletin上。

多功能蒸发器的应用

化自然灵感为技术突破，破解全球水危机困境

这项研究的背景源于一个严峻的全球性挑战——淡水危机。目前全球超过36亿人面临缺水困境，而传统的海水淡化技术高度依赖高能耗工艺。太阳能界面蒸发技术（SDIE）虽然绿色环保，但一直存在核心矛盾：现有光热材料通常将能量浪费在加热内部多余水体上，导致蒸发效率受限；限域毛细作用可以解决这一问题，但目前能够实现限域毛细作用的纳米涂层又极其脆弱，机械受压后容易脱落。此外，在蒸发过程中同时降解水中污染物，实现水体修复也具有重要意义。然而，如何同时兼顾限域毛细作用、涂层稳定性和污水净化修复能力仍是一个重大难题。

裂纹结构三重赋能，实现性能突破

该研究通过独特的裂纹金属-多酚涂层设计，成功实现了三大突破：

首先，裂纹结构产生的强大毛细作用实现了稳定的“限域毛细”效应，使水分以超薄水层形式快速传输，将热量集中于蒸发界面，极大减少了热量损失，使蒸发速率高达3.2 kg m-2 h-1。其次，金属-多酚网络结构本身赋予材料优异的光催化活性，无需添加额外催化材料即可高效降解有机染料和抗生素，实现了太阳能蒸发与水净化修复的同步进行。最关键的是，研究团队巧妙利用了裂纹结构的力学优势。涂层中的裂纹网络在机械压缩下能够作为“缓冲区”有效分散应力，保护涂层完整性。实验表明，该涂层在经历1000次压缩循环后，蒸发性能和催化活性几乎无衰减，彻底突破了限域毛细作用长期面临的机械稳定性瓶颈。

这项研究通过巧妙的仿生设计，成功解决了光热蒸发技术中效率、稳定性与多功能性难以兼得的痛点，为开发高效、耐用、一体化的太阳能海水淡化与水修复系统奠定了坚实基础，在应对全球水资源危机领域展现出广阔的应用前景。