幾年來，科學家們為開發海水淡化技術付出了巨大的努力，以便能夠從海水中生產出清潔的水。面層太陽能蒸發（ISE）是一項有希望幫助緩解全球淡水短缺的技術。一個研究小組對構建高效ISE系統的現有策略進行了審查研究。他們的工作最近發表在《納米研究能源》雜誌上。

構建高效界面太陽能蒸發系統以緩解全球淡水短缺的三大戰略示意圖。資料來源：納米研究能源，清華大學出版社

該團隊的論文研究了二維和三維太陽能蒸發器的能源關係，並回顧了設計和製造高效ISE系統的策略。他們總結的工作為指導未來ISE系統的設計走向實際應用提供了視角。

ISE是一種海水淡化技術，通過一個既環保又可持續的過程生產淡水。通過這項技術，太陽能被利用來蒸發和淨化水。該技術使用光熱蒸發器，將來自太陽光的熱量轉化為蒸發表面的局部熱量，以有效地產生水汽，而不是消散在散裝水和環境中。

傳統的海水淡化技術，如膜過濾和熱蒸餾需要消耗大量來自化石燃料的電力，因此它們被認為是不環保的。科學家們繼續尋找使用綠色和可持續能源的新海水淡化技術。最近在ISE技術方面的工作主要集中在優化能源管理上。研究人員已經改進了光熱材料和蒸發器的設計，目的是為了實現更有效的能源利用。這是通過三個途徑實現的：最大限度地減少從蒸發系統到環境中的能量損失，擴大從環境中輸入的能量以加強蒸發過程，以及減少蒸發焓，從而使汽化過程更有效率。

该团队的评论系统地总结了这些提高实际太阳能蒸发性能的途径。”研究结论清楚地表明，通过应用具有高效光热转换的材料或具有智能能源管理策略的先进蒸发器的结构设计，可以显著提高蒸发率，”深圳科技大学的教授李玉说。

南澳大利亞大學教授徐浩嵐說：”實現高效太陽能蒸發的主要原則包括避免能量從蒸發系統流失到環境中，擴大來自周圍空氣和散水的能量輸入，充分利用蒸發系統中已有的能量，以及降低蒸發焓。”

該團隊提出了在推動下一代ISE系統走向實際應用時需要考慮的五項建議：

第一個建議是為ISE引入新的能源。由於太陽光強度變化很大，探索新的能源對全天、全天候和全季節的ISE系統很重要。

第二個建議是不斷探索新型光熱材料。研究小組建議，光熱材料的下一階段的發展需要關注在宏觀和微觀納米尺度上最大限度地利用熱能。

第三條建議是探索光熱蒸發器的創新設計。這些下一代蒸發器應最大限度地收集能量和蒸發水，同時改善水的流動，以確保供水和蒸發的平衡。

第四項建議是在有限的空間內提高產水量。在ISE系統中，水的蒸發和收集是兩個主要部分。儘管研究人員已經實現了非常高的太陽能蒸發率，但高效的水收集很少被報導。下一代ISE系統需要有一個優秀的水蒸發模塊和一個適合緊湊空間的高效蒸汽冷凝模塊。

該團隊的第五項建議側重於開發大規模ISE系統的重要性，以用於實際應用，如海水淡化和廢水處理。他們建議將小型蒸發器作為單元生產，並組裝成一個更大的相互連接的系統。

展望未來，該團隊認為ISE技術有可能為解決淡水匱乏問題提供實際應用。”在當前全球清潔水短缺和倡導低碳排放技術的背景下，ISE現在被認為是解決全球清潔水短缺問題的最有希望的技術之一。然而，推進ISE技術的實際應用還有很長的路要走，”清華大學教授張盈盈說。