曲良体：仿树叶石墨烯/PNIPAm薄膜材料用于智能太阳能水蒸发

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在自然界中，各种植物利用太阳能和水进行光合作用。同时，植物叶片气孔通过开闭调节水分蒸腾速率，仙人掌叶片退化成刺以适应沙漠环境，一些禾本科植物叶片在夏季中午自卷曲以减少水分损失。所有这些植物对环境变化自发做出的响应使植物更好的在环境中生存。

受叶片气孔开闭调节水分损失的启发，清华大学博士研究生张盼盼制备了一种具有自适应功能的仿树叶石墨烯/聚（N-异丙基丙烯酰胺）多孔薄膜材料（mG/PNIPAm）。该材料利用石墨烯优异的光热转换性能和聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）快速热响应，随太阳光强度的变化可实现多孔结构的开/闭，从而调控水分的蒸发速率。在较弱太阳光强度照射下（强度<1 kw m−2），mG/PNIPAm薄膜材料表面温度低于其低临界溶解温度（LCST），该薄膜材料内部微结构处于开孔状态，有利于水分子的传输，使其具有高的水蒸发速率变化（1.66 kg  m−2h−1）。而在较强的太阳光强度照射下（1 kw m−2<强度<2 kw m−2），mG/PNIPAm薄膜材料表面温度高于其LCST，PNIPAm分子链的收缩拉动石墨烯片的弯曲或扭曲，导致该薄膜材料孔结构的关闭，使其具有低的水蒸发速率变化（0.24 kg m−2h−1）。根据不同光照强度的变化，具有自适应功能的mG/PNIPAm薄膜材料表现出了类似于植物叶片气孔开闭调节水分损失的智能水蒸发特性。

研究者又通过激光切割的方式合理地设计和制备了具有可预测形状和动力学的双层结构智能薄膜材料（例如：树叶）。在较强光照下，该树叶状薄膜材料可通过自卷曲减小蒸发面积，进一步减少水分损失，表现出智能材料应对环境变化自适应的能力。

该成果以封面论文发表在《德国应用化学》，通讯作者是曲良体教授，博士生张盼盼为第一作者。近年来曲良体课题组专注于先进材料和新型微纳器件，及其在能源和环境领域的应用研究。在太阳光热转换材料及其应用领域开展了大量原创性工作，并取得了多项重要成果。前期工作发表在Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano, Nano Energy等知名国际期刊上。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1002/anie.201810345