Scalable and Highly Efficient Mesoporous Wood‐Based Solar Steam Generation Device: Localized Heat, Rapid Water Transport

材料科学 热传导 热导率 导电体 光电子学 热的 水运 复合材料 水流 环境科学 环境工程 气象学 物理
作者
Li Tian,He Liu,Xinpeng Zhao,Guang Chen,Jiaqi Dai,Glenn Pastel,Chao Jia,Chaoji Chen,Emily Hitz,Siddhartha Das,Ronggui Yang,Liangbing Hu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:28 (16) 被引量:463
标识
DOI:10.1002/adfm.201707134
摘要

Abstract Solar steam generation is regarded as one of the most sustainable techniques for desalination and wastewater treatment. However, there has been a lack of scalable material systems with high efficiency under 1 Sun. A solar steam generation device is designed utilizing crossplane water transport in wood via nanoscale channels and the preferred thermal transport direction is decoupled to reduce the conductive heat loss. A high steam generation efficiency of 80% under 1 Sun and 89% under 10 Suns is achieved. Surprisingly, the crossplanes perpendicular to the mesoporous wood can provide rapid water transport via the pits and spirals. The cellulose nanofibers are circularly oriented around the pits and highly aligned along spirals to draw water across lumens. Meanwhile, the anisotropic thermal conduction of mesoporous wood is utilized, which can provide better insulation than widely used super‐thermal insulator Styrofoam (≈0.03 W m −1 K −1 ). The crossplane direction of wood exhibits a thermal conductivity of 0.11 W m −1 K −1 . The anisotropic thermal conduction redirects the absorbed heat along the in‐plane direction while impeding the conductive heat loss to the water. The solar steam generation device is promising for cost‐effective and large‐scale application under ambient solar irradiance.
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