多功能木材表面太陽能海水淡化裝置性能的研究

韓傳龍，李益飛，張衛康，尹軍，孫浩軒，孫壯志

（東北林業大學，哈爾濱 150000）

天然木材作為一種豐富的可再生生物質資源，具有良好的親水性、有效的水傳輸能力和低導熱系數，近年來被廣泛應用于太陽能界面蒸發[13]。然而，作為界面蒸發器的天然木材，其吸光能力較低，蒸發性能較差，因此需要對天然木材進行處理和表面修飾，這促使研究人員探索改進解決方案。Tang 和Zhang 等[14-15]對木材采用高溫表面碳化和水熱處理，制備了太陽能蒸發器。Yin 等[16]研究了等離子體光熱材料在各種場景的應用。Lin 等[17]利用石墨烯超材料制備了金屬基的太陽能選擇吸收器。Chen 等[18]通過刷洗方法，利用磷酸鋁對木塊頂部表面進行修飾，用于界面太陽能蒸發。Mohammad 等[19]通過激光來回運動對木材表面進行處理。之前報道的木質蒸發器在界面蒸發方面取得了重大進展，但隨著技術不斷的發展，仍然存在挑戰。在某些情況下，表面光熱涂層的制備工藝復雜（多步合成用時長，需經高溫干燥、淬火或等離子體處理等多種制備過程）[20]，成本高昂（多采用貴金屬納米顆粒）[21]，能耗高（高溫造成表面碳化），并且會影響木材蒸發表面的親水性。因此，仍然需要開發能夠滿足高效蒸汽產生的多功能特性的木質太陽能蒸發器。

使用木塊作為太陽能海水淡化蒸發器的基底，將其一端面設計為仿根系的網格結構，可以穩固地漂浮在水面上，大大增加了與水的接觸面積。在此基礎上，制備了六組不同處理工藝下的太陽能界面蒸發器，并對其蒸發性能進行研究。

1 實驗

1.1 材料

巴沙木購自江蘇連云港。氫氧化鈉（NaOH，2.8M）、亞氯酸鈉（NaClO2，0.3M）、過氧化氫（H2O2）、丙烯酰胺（AM）、過硫酸銨（APS）、四甲基乙二胺（TEMED）、海藻酸鈉（SA）、N,N′-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）購于天津化學試劑公司。二氧化鈦（直徑20 nm，親水）和氮化碳（C3N4）購于麥克林公司。多壁碳納米管水分散液（Mcnt，碳管質量分數為10.6%，碳納米管長度10～20 mm，直徑50 nm）購自北京博宇高科新材料技術有限公司。

1.2 木塊制備及化學處理

由于巴沙木密度低、孔隙率高、細胞壁薄，因此選用其作為制作太陽能蒸發器的基材。首先，沿木材生長方向徑向切割，得到20 mm×20 mm×15 mm 的木塊，清除切割截面殘留的碎木屑。然后利用特制的刀具對截面縱向切割，形成深度為10 mm 的仿根系網格化結構，標記為Wood。

將具有仿根系網格化結構的木塊浸泡在氫氧化鈉和亞氯酸鈉的混合溶液中，在～100 ℃下放置5～6 h，去除部分木質素和半纖維素，然后移入沸騰的去離子水中，洗去附著的化學物質，接著將樣品在沸騰的H2O2溶液中處理1 h，以去除剩余木質素。在這個階段，木塊的顏色由原有的黃色變成了白色。將經過處理的木塊放入冰箱中冷凍，最后移到冷凍干燥機中，干燥12 h，得到內部纖維網絡結構的木塊，標記為C-wood。

1.3 表面處理技術

1.3.1 光熱涂層制備

在C-wood 的基底上制作光熱涂層，將0.3 g TiO2和0.2 g C3N4超聲分散于20 mL去離子水中，加入1 mL Mcnt 水分散液，連續攪拌至均勻，用滴涂法在C-wood的切割表面反復沉積混合溶液，室溫環境下自然干燥，標記為CD-wood。

1.3.2 光熱吸水層制備

稱取SA 單體與去離子水混合，利用磁力攪拌器水浴加熱，在60 ℃下溶解攪拌30 min，得到1.6%（質量分數）的SA 溶液，在室溫下冷卻，加入SA溶液體積百分比為10%的光熱涂層混合溶液和0.26%的催化劑TEMED，儲存，以備下一步使用。稱取AM加入到去離子水中進行攪拌，得到21%（質量分數）的AM 水溶液，接著加入質量占AM 水溶液0.08%的交聯劑MBA 和0.12%的引發劑APS，混合均勻。室溫條件下，將儲存的SA 混合溶液均勻滴涂在C-wood表面，同時加入制備的AM 混合溶液，通過原位聚合法制備基于 SA/PAM 有機骨架的光熱吸水層，與C-wood 表面緊密包覆在一起，標記為CS-wood。

1.3.3 激光處理

激光處理工藝分別在CD-wood 和CS-wood 切割表面進行，通過JL1 龍門式雕刻機的激光來回運動，進行圖案化處理。實驗過程中發現，較高的激光加工功率會導致木塊光熱涂層表面或者吸水層表面產生更嚴重的灼傷，加重表面結構的破壞。激光加工功率為3 W，構筑出規則的減反層，分別標記為CDE-wood和CSE-wood。

1.4 材料表征

用掃描電子顯微鏡和能譜儀（SEM-EDS，JSN-7500F）對不同樣品的微觀形貌及元素分布進行了表征。XRD 檢測結果是通過X′Pert3 Powder 多功能粉末X 射線衍射儀獲得的，掃描速度為5 (°)/min，掃描范圍為5°～55°。通過NicoletiS50 傅立葉紅外光譜儀，在4000～500cm–1測量了FT-IR 光譜。使用Cary100型紫外可見分光光度計記錄不同樣品表面的透射光譜和反射光譜，吸收效率由式（1）可得。使用HT-18紅外相機，圖形化地觀察木材表面的溫度，以了解不同處理技術在熱定位方面的影響。用視頻光學接觸角測量儀（OCA20）測試樣品表面的超親水性。

式中：R和T分別為反射率和透過率。

1.5 導熱系數

將要測試的樣品（厚度為5 mm）夾在兩個玻璃片之間，測量樣品在潮濕狀態下的導熱系數。夾層結構中，上層玻璃放置有冰水混合物的槽，下層玻璃放置在含有水的可控熱源上，用紅外相機觀察中間樣品橫截面的溫度梯度。根據傅立葉傳導方程計算導熱系數，如式（2）所示。

式中：q′ 是熱流密度，可以通過玻璃片的導熱系數和溫度梯度來估算，dt是溫差，dx是距離差。

1.6 太陽能海水淡化實驗

太陽能海水淡化實驗是使用太陽模擬器（CELSA500/350），在室溫25 ℃、濕度35%、1 個日照強度下進行的。木塊漂浮在裝滿海水的玻璃容器中，蒸發發生在木塊表面，其余水面與空氣隔絕，以減少對絕對蒸發量的影響。蒸發過程中，水分的質量損失由校準的電子天平實時記錄。

2 結果及討論

在本設計中，制備了Wood、C-wood、CD-wood、CDE-wood、CS-wood、CSE-wood 蒸發器作為對照樣品，實現了在1 個日照下的太陽能海水淡化。

2.1 CSE-wood 蒸發器的特性

天然樹木蒸騰作用過程中，縱橫交錯的樹根提高了土壤中水分的吸收率，而且還具有固著支持的功能。為了模擬天然樹木的吸水過程，在木塊截面沿生長方向制備仿根系的網格化結構，如圖1a 所示。通過化學處理，使較小厚度的細胞壁脫離為分離的纖維素纖維。冷凍干燥過程中，在通道內形成互聯的纖維網絡，變得更加輕質化，具有環保和生物可降解特性[22]。采用SA/PAM原位聚合對木塊進行光熱吸水層修飾，光熱吸水層包覆在木材表面和微通道壁上，其具有均勻網絡微孔，然后在吸水層表面構筑規則的減反層，二者耦合具有較大的比表面積，制得雙層結構的CSE-wood 蒸發器。CSE-wood 蒸發器不需要額外的輔助手段便可以漂浮在水面，光熱吸水層和減反層裝飾表面有利于太陽的光吸收和熱定位。由于木塊沿微通道方向具有低導熱系數，可以使蒸發表面溫度快速上升，實現熱局部化。此外，減反層的微通道在毛細力的作用下，可有效地將水向上輸送，促進蒸發，如圖1b 所示。隨著蒸發的進行，在蒸發器上表面形成濃度梯度，這種鹽濃度梯度在海水-空氣界面產生了表面張力梯度，形成馬蘭戈尼效應[23]。這種現象對蒸發器表面產生薄水膜起著重要作用。在海水和空氣交界處，由于鹽濃度梯度引起的表面張力梯度對海水溶液產生了額外驅動力，驅使其從低表面張力位置流向高表面張力位置。毛細作用與馬蘭戈尼效應協同，為蒸汽的產生保證持續的供水，使CSE-wood 蒸發器在太陽照射下可以高效地實現太陽能界面蒸發。

圖1 CSE-wood 蒸發器的設計與制備過程示意圖Fig.1 Schematic diagram of design and preparation process of CSE-wood evaporator: a) manufacturing process of CSE-wood evaporator; b) surface microstructure absorbs light and generates steam; c) SA/PAM hydrogel synthesis route

在CSE-wood 蒸發器制備之前，首先對光熱吸水層中的SA/PAM 凝膠進行研究，圖1c 為其合成路線?；赟A 和AM 單體進行原位聚合，在聚合過程中，PAM 凝膠中的聚合物鏈在交聯劑和引發劑的作用下，通過自由基聚合而形成共價交聯的PAM 網絡。并且PAM 的胺鏈和SA 的羧基之間相互結合，形成共價鍵，從而在室溫環境中通過共聚合形成SA/PAM 凝膠。

2.2 不同組蒸發器表面層的表征

為了更深入地了解不同工藝處理后獲得的太陽能蒸發器和木塊表面形貌特性，制備了六種不同的樣件，圖2a 為宏觀照片，經化學處理后，天然巴沙木由黃色變為白色。樣件通過不同處理工藝獲得不同黑色功能層表面，如圖2b—g 所示。從圖2b 發現，天然木材具有許多直徑為200～300 μm 的圓柱形管腔通道，與樹干平行，具有高縱橫比，與從樹心向樹木外表面徑向延伸的射線細胞結合在一起，形成了一個連續儲存和運輸水分以及營養物質的內部結構。去除木質素和半纖維素后，上表面有許多30～50 μm 的薄壁小孔組成的網孔結構，其孔隙體積和比表面積比天然木材高得多（圖2c）。黑色光熱涂層沿垂直方向均勻修飾在淺色木材表面，如圖2d 中紅色圓圈部分團聚的細小顆粒為光熱物質，沉積在木材表面，沒有破壞木材的多孔結構。在圖2e 中可以清楚地看到，經過激光雕刻形成了排列規則且開放的溝槽，在增強可見光吸收的同時，親水官能團發生了破壞，影響水分輸送。圖 2f 為光熱吸水層的表面電鏡圖，觀察到SA/PAM 光熱吸水層與基底緊密結合，在生長過程中，不僅向上生長，而且向下生長到木塊的孔隙中，通過圖2f 右上角圖片可以看到，形成了凹槽狀的表面。另外，該光熱吸水層具有大約20～30 nm 的網狀微孔，使水分快速輸送到蒸發表面。從圖2g 發現，光熱吸水層上均勻構筑了減反層，木塊表面沒有被破壞，微通道增強了光的吸收，產生的毛細作用有利于水分輸送和蒸氣的逸出，且表面存在大量的氣泡結構，可提升隔熱性能。從圖2h 中相應的元素映射圖像發現，CSE-wood 蒸發器表面存在C、Na、N 和Ti 元素，表明SA/PAM 聚合物經高溫后形成了這些氣泡結構。

圖2 不同工藝處理后木材表面層及其SEM 圖像Fig.2 Wood surface layer and SEM image after different treatment：a) experimental sample, b) Wood evaporator, c) C-wood evaporator, d) CD-wood evaporator, e) CDE-wood evaporator, f) CS-wood evaporator, g) CSE-wood evaporator, h) EDS mapping image corresponding to CSE-wood evaporator

2.3 蒸發器表面層的特性分析

木材細胞壁中的主要成分有具有芳香環結構的碳水化合物和木質素，其親水性表面非常適合通過毛細作用將水輸送到受熱溫度較高的區域。由傅立葉變換紅外光譜發現（圖3a），C-wood在1736 cm–1和1235 cm–1處的羰基伸縮峰和C—O 拉伸峰強度明顯降低，反映了半纖維素的成功去除。同時，在1593 cm–1和1506 cm–1處，芳香族骨架振動峰減小和消失，表明木質素被去除。傅立葉紅外光譜中，在3100～3500 cm–1處有一個寬峰，為OH 基團的伸縮振動峰，表明木材表面具有親水性?；瘜W處理后的C-wood 和CSE-wood 峰強度升高，CDE-wood 峰強度降低。因為CDE-wood 蒸發器的減反層直接構筑在木塊表面，激光產生的高溫使一部分OH 基團受到破壞，而CSE-wood 蒸發器的減反層構筑在光熱吸水層表面，有效避免了木塊表面受到破壞，并且高溫產生的氣泡結構使其更容易存儲水分子。在此范圍內，CS-wood 和CSE-wood 譜線的另一個明顯的峰為SA/PAM 凝膠中游離的—NH2特征吸收峰。同時CS-wood 和CSE-wood 譜線在1610 cm–1處有一個寬峰，是—COO—基團的伸縮振動峰。相比較其他譜線，CS-wood 和CSE-wood 的譜線既保留了—NH2的特征峰，還具有—COO—吸收峰，說明在木材表面成功地制備了SA/PAM 光熱吸水層。在2930 cm–1和2853 cm–1處，分別對應C—H 的對稱和反對稱伸縮振動吸收峰,其中，C-wood 蒸發器的C—H 峰略有變化，可以看出，前期化學處理工藝對天然木材原有官能團影響不大。

圖3 樣品經不同工藝處理后的特性Fig.3 Characteristics of samples treated by different processes: a) FT-IR spectral curve; b) XRD spectral curve; c) Static contact angle of CSE-wood surface; d) Diagram of water transfer in antireflection layer

為了進一步說明不同工藝方法對蒸發器基底的影響（加入的不同物質在蒸發器中的分布情況以及親水性），對六組蒸發器進行了XRD 物相分析。在X射線衍射譜中，16°和22°附近出現衍射峰，屬于I 型纖維素的典型結晶峰。木塊經化學處理后，XRD 譜圖中纖維素的結晶峰尖銳程度明顯變緩或減小，表明纖維素的結晶度部分被破壞，形成纖維素II 或無定形碳。這一結果證實了化學處理改變了木塊成分的狀態，并與木塊形態的變化相一致，而纖維素分子及其排列沒有發生改變，說明將化學處理后的木塊作為蒸發器的基底是一種可行的處理方法。在約29°處出現MCNT 的衍射峰，Wood 和C-wood 對應的衍射峰形似鼓點，說明木材內部含有部分非晶碳相或無定形碳；CD-wood 和CDE-wood 中，MCNT 的衍射峰峰形尖銳，表明結晶度高，晶粒變大；而CS-wood 與CSE-wood 沒有出現明顯的MCNT 衍射峰，表明在光熱吸水層中，MCNT 的結晶度低，沒有發生團聚，不影響蒸發器中水分子的運輸。

圖3c 為液滴在CSE-wood 表面的靜態接觸角，發現在0.86 s 的時間內，液滴迅速消失，表明構筑雙層結構后，CSE-wood 具有很強的親水性。這可以歸因于分散的維管束和減反層（平均孔徑約為100 μm）在置于海水中后，水分子迅速通過維管束到達減反層，在液面張力作用下，繼續沿減反層方向上升?？筛鶕剑?）—（4）進行解釋。

式中：r為減反層半徑，θ為海水與減反層壁的接觸角，σ為室溫25℃下的液體表面張力系數（7.2×10–2N/m），h為海水在減反層中上升的最終高度，ρ為海水密度，g為重力常數。當海水的表面張力F等于減反層中產生的重力G時，水柱停止上升。在理想條件下，毛細管力作用的海水上升約28 cm，遠大于本實驗中減反層厚度。減反層的超親水與毛細作用改善了蒸發器的輸水性能。

2.4 蒸發器在可見光下的光熱行為

海水淡化過程中，水分子蒸發會帶走部分熱量，使蒸發器表面溫度降低，因此良好的光吸收和光熱轉化是太陽能蒸汽產生的重要過程。為了研究蒸發器的光吸收能力，使用紫外可見光分光光度計，測量了190～900 nm 的光吸收情況，如圖4a 所示。不同處理工藝的蒸發器的消光光譜描繪了紫外光譜可見部分的寬帶光吸收，最高吸光效率約為94.6%。CDE-wood與CSE-wood 的吸收率高于CD-wood 與CS-wood，這歸因于在前兩種蒸發器構造的減反層中，獨特的微結構內的重復光反射或散射。其中，CSE-wood 太陽能蒸發器的雙層結構在整個紫外光譜中表現出較好的光吸收特性，高于天然木材。天然木材的光吸收因為有色木質素，限制了可被吸收的光波長。C-wood由于木質素和半纖維素的去除，對光的吸收效率低于天然木材。相比之下，同樣具有減反層的CDE-wood蒸發器的光吸收效率較低，這是因為直接在CD-wood的基底表面構筑了減反層，使木塊內部結構以及修飾在表面的光催化物質被破壞，降低了光的吸收。

通過紅外相機，獲得了不同組木質蒸發器在1 kW/m2的太陽光照強度下表面溫度變化和側面溫度梯度分布圖像，如圖4b 所示。C-wood 蒸發器表面溫度上升緩慢，最高溫度在30.3 ℃左右。經過修飾光熱涂層、聚合光熱吸水層和構筑減反層后，蒸發器表面溫度普遍上升較快，最高溫度在49.4 ℃左右。當照射30 min 時，側面溫度梯度圖顯示，具有減反層的CDE-wood 和CSE-wood 出現非常明顯的溫度梯度變化，并且在相同的光照時間內，表面溫度高于CD-wood 和CS-wood，結果證實，構筑減反層在光吸收過程中起著重要的作用。在圖4c 中，可以觀察到，光照射5 min 后，表面溫度上升非常明顯，表明工藝處理后的太陽能蒸發器具有較快的響應時間；在照射20 min 后，其表面溫度趨于穩定。CS-wood 蒸發器表面溫度上升最快，也最高。由于光熱吸水層與木塊緊密結合，隔熱性好，且大部分水分子存儲在內部，沒有在表面形成有效水膜，因此太陽產生的熱量較少被水吸收，導致其表面溫度升高。CSE-wood 蒸發器雖然光吸收效率高，但其表面溫度低于CS-wood蒸發器。這是因為表面的減反層和氣泡結構在吸收水分后，在其表面形成了一層薄薄的水膜，導致吸收的光轉化產生的熱被水膜吸收，因此CSE-wood 蒸發器的表面溫度較低。

圖4 不同組木質蒸發器在1 kW/m2 太陽光照強度下的熱行為Fig.4 Thermal behavior of different groups of wood evaporators under 1 kW/m2 solar illumination intensity: a) solar absorption spectra of different surface preparation processes; b) infrared image of temperature gradient distribution on evaporator surface; c)change curve of the surface temperature of the evaporator

2.5 導熱系數分析

如前所述，蒸發器基底的低熱導率對確保將光照產生的熱限制在蒸發表面非常重要，阻止了太陽能加熱多余的水。圖5 為潮濕狀態下蒸發器的導熱系數。由于Wood 蒸發器在太陽能蒸汽產生過程中處于水合狀態，因此用熱通量溫差擬合的方法測量了木塊在潮濕狀態下的導熱系數，為0.381 W/(m·K)，如圖5a 所示，低于純水的導熱系數（0.606 W/(m·K)）。經化學處理后，木塊具有的多孔結構將其分成不同空腔，起到內部隔熱特性，導熱系數降至0.271 W/(m·K)。在C-wood 基礎上，不同工藝處理后，導熱系數變化不大，其中，CSE-wood 蒸發器的導熱系數最低，為0.265 W/(m·K)。因為在蒸發過程中，水分沿木材通道輸送，微通道內的對流換熱大大減弱，所以多功能木質太陽能界面蒸發器的導熱系數遠低于純水的導熱系數，從而有助于在蒸發器表面形成熱局域化，提高蒸發性能。

圖5 不同處理工藝蒸發器潮濕狀態下的導熱系數Fig.5 Thermal conductivity of evaporators under wet condition with different treatment processes

2.6 單日照條件下海水淡化性能研究

不同組蒸發器的仿根系網格化結構增大了其與蒸發海水的接觸面積，還可促進其漂浮在水面的穩定性。為了確定蒸發器的光熱應用性能，用電子天平記錄了在1 個太陽強度光照下蒸汽隨時間變化產生的質量損失。圖6a 為每個蒸發器的質量變化，與光照時間呈線性關系，說明太陽能驅動水蒸發的穩定性能。6 種蒸發系統的蒸發速率和蒸發效率如圖6b 所示，CSE-wood 蒸發器單位面積的水分蒸發量高于其他5 種蒸發系統的蒸發量，其中，C-wood 蒸發器的蒸發速率最小，約為0.865 kg/(m2·h)，與Wood 蒸發器的蒸發速率（0.984 kg/(m2·h)）相差不大。因為Wood蒸發器的基底原木吸水能力有限，另外對于C-wood蒸發器，雖然木質素和半纖維素的去除導致其吸光率和表面溫度在一定程度上降低，但是暴露出更多的纖維素，含有的羥基可以提高木塊的親水性，并且孔隙率的增加也有利于蒸汽的產生。CDE-wood 蒸發器的蒸發速率為1.755 kg/(m2·h)，因為在木塊表面構筑了減反層，減少了表面親水官能團，導致其蒸發速率小于CS-wood 蒸發器（蒸發速率為1.988 kg/(m2·h)）。CSE-wood 蒸發器的蒸發速率最大，約為2.456 kg/(m2·h)。根據公式（5）得出太陽能水蒸氣的產生效率[24-26]。

圖6 不同組蒸發器的太陽能海水淡化Fig.6 Solar desalination of different sets of evaporators: a) variation of evaporation quality of evaporator with time in sunlight; b)solar evaporation rate of evaporator and evaporation efficiency; c) change of evaporation rate of water in unit time of evaporator;d) evaporation and enthalpy changes of different evaporation substrates in dark environment

式中：E.R.為蒸發速率，hlv為蒸發器內液氣相變焓，Copt為光學濃度，Pi為標稱太陽輻射量（1 kW/m2）。

通過計算得出，CD-wood 蒸發器在1 個太陽強度下的蒸發效率約為74.5%，高于Wood（40.8%）和C-wood（33.4%）。這是因為修飾光熱涂層后，CD-wood 具有更好的熱局部化能力，提高了水分蒸發效率。CSE-wood 蒸發器的蒸發效率約為92.3%，在不同組蒸發器中，蒸發效率最高。這表明在光熱吸水層上構筑減反層形成的雙層結構，具有顯著的光熱性能，CSE-wood 蒸發器的引入提高了水分蒸發速率和效率，并且具有多孔結構和良好的親水性，適合用來作為高效海水淡化的蒸發器。

圖6c 為不同組蒸發器的水蒸發率。初始時，蒸發率不穩定，一直處于上升狀態，20 min 后，隨著溫度的升高，各蒸發器的蒸發率開始趨于穩定。在太陽能驅動的界面蒸發實驗中，由于蒸發器的基質不同，蒸發器內部水分子間的范德華力也會存在差異。根據公式（6）計算蒸發器內水的焓變。

式中：sm為黑暗環境下每單位時間水的蒸發量與蒸發器內所含水的蒸發量之比，qw為水在黑暗中的焓變。

圖6d 為黑暗環境下水和木材中水分的蒸發量和蒸發焓，化學處理后的木材蒸發所需焓值低于天然木材所需的焓值。

3 結論

綜上所述，采用不同工藝，結合簡便靈活的方法，開發出一種穩定高效的多功能木材表面太陽能蒸發器，并對其性能展開研究。它是由一個木材衍生的超親水纖維網絡互聯的基底和在SA/PAM 光熱吸水層上構筑的可增強光吸收與水分輸送的減反層組成，為生產清潔水、解決水資源匱乏開辟了新途徑。主要結論如下：

1）蒸發器基底經過化學處理和冷凍干燥，在通道內形成互聯的纖維網絡，改善了熱導率，起到隔熱的作用。輕質化結構可使其長期在水中漂浮，具有的親水性和微通道多孔結構保證了水分快速供應，促進水分蒸發。

2）在室溫條件下就可以制備蒸發器，且具有網絡微孔的光熱吸水層能牢固地均勻修飾在多孔木塊基底上，與在其表面構筑的減反層共同作用，可促進較寬波長范圍內的光吸收和光程延伸，導致蒸發表面溫度迅速上升，實現熱局域化，提高了光熱轉換效率。減反層具有的毛細作用和馬蘭戈尼效應協同作用，促進水有效輸送到光熱活躍的區域，具有高的蒸發效率。

3）6 組不同處理工藝下的蒸發器中，CSE-wood蒸發器表現出更加優異的性能，在1 個太陽強度下，蒸發率最大值為2.456 kg/(m2·h)，蒸發效率為92.3%。所得到的蒸發器具有工藝簡單、經濟高效和穩固可擴展性，對太陽能水蒸發系統的研究具有指導意義。