针织立体结构在环境领域的创新实践OA

针织立体结构产品,如经编间隔织物因独特的三维立体结构,常被作为各种复合材料的“增强骨架”以提升其力学性能[1-2]。在此基础上,本研究团队紧扣噪声污染防控、淡水资源短缺等国家战略需求,针对纺织技术应用新场景、培育产业发展新动能的行业发展诉求,开展系统性关键技术攻关。基于针织立体结构,构建“结构设计-性能调控-工程应用”全链条创新体系,为针织立体结构在噪声防治和水处理领域的拓展应用提供新思路。目前,噪声污染已成为继大气污染、水污染之后,危害人类生存环境与身心健康的第三大环境问题,广泛存在于建筑、交通等诸多场景[3-4]。传统吸声材料普遍存在中低频吸声不足、厚度大、制备装配复杂等缺陷[5-6],微穿孔板虽能改善中低频吸声,但微孔加工与填料填充难度高,难以规模化应用[7-8]。为此,本研究团队依托针织立体结构首创类填充微穿孔板/类空腔复合结构,在较小的厚度下实现多孔共振吸声[9]。进一步,基于自动编码器的机器学习逆向设计,建立声学-非声学参数关联模型,大幅降低材料设计周期与成本。所制吸声材料厚度≤10 mm,500~1000 Hz吸声峰值达0.82,综合性能较好。此外,针对水下装备长期服役面临海水腐蚀、性能衰减等问题,本研究团队提出了利用压缩强度预测类填充微穿孔板结构海水老化下长期使用寿命的方法[10],实验结果显示20个月后保留率为60%,有效解决了水声材料长期服役的性能衰减预测问题,为潜艇等海洋重器的隐身防护技术研发提供支撑。随着人口增长、环境污染和气候变化,全球淡水资源短缺问题日益严峻。太阳能蒸发技术因其低能耗和可持续,已成为缓解淡水危机最具前景的技术路径之一。然而,现有太阳能蒸发器普遍存在水热失衡、耐盐性差、无法全天候稳定运行等瓶颈[11-13],难以满足高效、稳定的淡水制备需求。为此,本研究团队依托针织立体结构的空间可编程特性,研发了三类高效太阳能蒸发器。一是仿生自适应水热平衡太阳能蒸发器[14],该蒸发器利用疏水间隔丝,将上界面富余热量动态定向传输至下界面,实现双界面协同蒸发。其上面层小孔、下面层大孔的差异化面组织结构,可提供与所获热量相适配的供水。同时,仿生章鱼结构赋予材料更大的蒸发面积、丰富的蒸汽溢出通道及优异的隔热性能,在1个标准太阳光强下,蒸发速率可达3.14 kg·m^(-2)·h^(-1)。二是异形针织界面太阳能蒸发器[15],该蒸发器通过调控间隔丝与边纱的输水速率,在蒸发界面与边纱间构建盐浓度梯度,诱发Marangoni效应,加快盐分离子迁移,实现优异耐盐性能,在质量分数25%NaCl溶液中,蒸发效率稳定在96%以上。三是螺旋式太阳能蒸发器[16]。该蒸发器具备可变形的螺旋式结构,可通过高度自适应调节以匹配不同入射角的太阳光;同时,将富余热量储存在相变微胶囊中,实现全天候蒸发。该蒸发器在避光后的蒸发速率为0.45 kg·m^(-2)·h^(-1),经调节蒸发器的高度,实现了11.31 L/m2的有效产水量,较静态蒸发器提升21%。本团队实现了针织立体结构与环境功能的深度融合,形成结构-功能-服役一体化设计方法,在空气降噪、水声防护、太阳能海水淡化等场景取得关键技术突破,为生态环境治理、海洋强国建设、淡水资源安全保障提供创新解决方案。