太阳能驱动的界面蒸发把光热转换限定在气液界面附近，无需对整个水体加热，在降低沸点以下即可持续产汽，已被用于海水淡化、污水处理与清洁水制备。性能上限由三个环节共同决定：宽谱吸光、热量局域化与持续供水。冷冻铸造、模板法与木基支架等路线已经证明，取向孔道能降低传输曲折度、加速盐水排出并部分锁住热量。
但这类结构的各向异性来自几何形状，材料微结构与化学环境基本保持各向同性：导热网络在孔壁内部并不连续，界面水分子仍保持接近体相的蒸发焓，盐管理主要依赖被动对流。当盐水浓度升高、蒸发通量加大时，这三个短板会同时暴露。研究团队据此提出，把"几何取向"与"材料取向"合并到同一框架内，是突破光—热—水耦合瓶颈的关键。
材料体系由四部分构成：壳聚糖（CS）提供亲水基体与氢键网络，BN 纳米片承担导热与骨架，Ti₃O₅ 颗粒作为宽谱光热相，戊二醛（GA）为化学交联剂。墨水经研磨分散、搅拌与脱泡后具备明显的剪切变稀与触变恢复特性，挤出顺畅且沉积后保形。该体系被命名为 a-BTCG，其中 a 即 aligned，指向打印诱导的取向结构。
取向的物理来源是喷嘴内的剪切场。墨水在锥形流道内加速，两侧速度差对 BN 纳米片施加转矩，使其沿流动方向翻转铺展；沉积后层叠堆积与层间气隙共同构成纵向连通的通道。喷嘴内剪切应力沿径向的分布满足式（1）：
由式（1）可知，管壁附近的高剪切区使各向异性颗粒获得充分取向，而轴线附近的低剪切区近似栓塞流，这一梯度正是 BN 有序排列的驱动来源。XRD 定量给出了取向程度：自然重力下铺排的 BN 其 I₀₀₂/I₁₀₀ 比值为 8.79，未打印的 u-BTCG 因 Ti₃O₅ 颗粒与凝胶网络的阻碍降至 3.58，而经直写剪切后回升到 6.18，表明打印确实重建了有序结构。
图2｜二维 SAXS 进一步印证：u-BTCG 的散射图案呈均匀环，a-BTCG 出现清晰弧斑，对应 BN 片层沿水平方向的长程取向；由 Bragg 关系可估算有序结构的长周期，见式（2）。 对应原文 Fig. 2。
化学层面，GA 的醛基与壳聚糖氨基缩合生成亚胺键（FTIR 在 1650 cm⁻¹ 附近出现 C=N 伸缩峰），N–H/O–H 宽峰随 BN/Ti₃O₅ 引入从 3352 cm⁻¹ 逐步红移至 3310 cm⁻¹，反映氢键网络的重组与增强。接触角测试显示，加入壳聚糖后表面从 114.7° 骤降至 22.1°，达到超亲水状态，为毛细供水提供了化学基础。
取向通道的光学收益来自多重内反射：光子进入纵向孔道后被反复折转，驻留时间延长，最终被通道壁内的 Ti₃O₅ 吸收。AM1.5G 加权积分给出 a-BTCG 的宽谱吸收率 89%，略低于纯 Ti₃O₅ 的 97%，差距来自 BN 本征不吸光；但 BN 的多重散射把更多光子送进 Ti₃O₅ 区域，实际光热利用效率反而更高。
热行为同样受益于取向。1 sun 照射下，a-BTCG 表面温度 5 分钟内从 23.1 °C 升至 36.2 °C，明显快于无序对照；面内热导率达 2.73 W·m⁻¹·K⁻¹，沿面外方向则低得多——热量被"锁"在蒸发界面附近，而不是漏进下方水体。基于该特性，团队还把材料做成热响应器件：取向网络加速面内导热，触发时间最短 0.42 s，比无序构型的 1.87 s 快 4 倍以上，报警信号可持续 10–12 min，展现出蒸发器之外的传感附加值。
图3｜上图为光子在无序与取向通道内的传输路径对比，下排为 200–2500 nm 吸收谱、漂浮状态红外热像与连续照射下的温度曲线，显示取向体系更快到达并维持更高界面温度。 对应原文 Fig. 3。
图4｜a-BTCG 涂层热响应最短 0.42 s，随温度升高触发时间从 16.23 s 降至 3.37 s，在同类热响应材料中兼具快触发与长报警时长。 对应原文 Fig. 4。
1 sun 下 a-BTCG 的蒸发速率达 5.43 kg·m⁻²·h⁻¹，显著高于无序 u-BTCG 与不含 BN 的对照组，证明 BN 引入与通道取向的贡献是叠加的。暗场蒸发实验测得有效蒸发焓 1003 J·g⁻¹，仅为体相水（约 2260 J·g⁻¹）的 44%，对应能量效率 87.2%——壳聚糖对界面水的重排降低了逃逸能垒，这是材料级各向异性带来的直接收益。
耐盐性是走向实用的门槛。在 1.5、3.5、10 wt% NaCl 中性能稳定，20 wt% 近饱和盐水中连续运行 200 小时（20 个 10 小时循环）后仍保持初始通量的 94%；SEM 复查未见通道堵塞与结构塌陷，顶部仅有稀疏不连续的盐晶。压缩模量 0.8 MPa，约为无序样品（0.36 MPa）的 2.2 倍，长期脱盐后仍保留 95%，说明打印形成的有序孔壁同时充当了承载结构。户外实测在正午达到 5.87 kg·m⁻²·h⁻¹，密闭穹顶内 15–60 分钟即可观察到冷凝水珠。
图5｜200 小时近饱和盐水连续运行仅衰减 6%，户外正午峰值 5.87 kg·m⁻²·h⁻¹，综合性能位于已报道太阳能蒸发器第一梯队。 对应原文 Fig. 5。
模拟给出了定量解释：取向结构的水通量 1.13×10⁻² µm³·s⁻¹，是无序构型（2.97×10⁻⁴ µm³·s⁻¹）的 38 倍，归因于更低的传质阻力与更优化的孔何。低场核磁共振把湿态水分为结合水、中间水与自由水三态，原位 FTIR 则跟踪了蒸发过程中羟基吸收带的渐进衰减，与理论模型相互印证。结合水的受限运动虽然降低了自身扩散性，却为定向迁移提供了稳定的壁面通道。
图6｜取向 BN 建立面内声子通路实现热局域化，模拟显示取向通道内水层连续性显著优于无序结构，三种水态与模型吻合。 对应原文 Fig. 6。
把这套结果放到文献坐标系里看，a-BTCG 的综合得分来自"不做单科冠军"的设计取舍：纯 Ti₃O₅ 的吸收率更高，但缺乏导热骨架时热量在材料内部积聚不均；纯 BN 体系导热优异却不吸光；常规冷冻铸造气凝胶的通道取向只解决供水一环。此处用打印剪切场把三者绑进同一架构，吸收、热导与供水三项指标同向改善，这正是材料级各向异性区别于纯几何设计的价值所在。从方法学角度看，该策略对 MXene、黏土、碳化物衍生等其他片状填料体系同样适用，剪切取向强度可由喷嘴几何与压力独立调节，为不同应用场景下的各向异性定制留出了参数空间。
这项工作对直写设备提出的核心要求，是稳定且可重复的喷嘴剪切场。BN 的取向程度直接取决于式（1）中的压差与喷嘴几何：长径比过小、压力不足时 I₀₀₂/I₁₀₀ 上不去，热导与蒸发速率都会折损；压力过高又会加剧出口膨胀与线条变形。针头内径、锥度与进料压力的匹配，需要作为独立工艺变量来标定，而非沿用聚合物墨水的经验值。
气凝胶墨水的另一难点在干燥。壳聚糖水体系固含量有限，湿坯收缩大，厚件易开裂；通道取向又使收缩呈现各向异性——纵向与横向收缩率不同，多层结构容易翘曲。分阶段干燥（先恒温恒湿预定型、再梯度降温）与打印路径规划需要协同设计。对于含盐工况，设备端还要考虑长期运行后的清洗与防结晶：虽然该体系靠结构排盐，但打印高固含量无机浆料时，料筒与针头内的沉降结皮仍是常见停机诱因。
该研究以壳聚糖/BN/Ti₃O₅ 复合墨水为载体，把直写挤出剪切场转化为材料级的 BN 取向手段，在仿木通道内同时打通光子多重反射、面内声子导热与低曲折度毛细供水三条路径，实现 1 sun 下 5.43 kg·m⁻²·h⁻¹ 的蒸发速率、55% 的有效蒸发焓降幅与 200 小时近饱和盐水稳定运行，为太阳能海水淡化与热管理器件提供了一个可打印、可放大的双各向异性架构方案。
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