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  吸附式大氣水收集技術與吸濕材料的發展為飲用水生產、濕度與熱量管理等領域提供了低碳、環保和可持續的解決方案。然而，大部分含吸濕鹽復合材料主要以多孔材料（氣凝膠、水凝膠和泡沫）為骨架，在孔結構設計、制備、調控和功能化等方面存在一定局限，限制了吸濕復合材料的材料合成、可加工性性能穩定性和應用場景的多樣性。

  近期，中國海洋大學徐曉峰教授課題組通過同軸多材料3D打印技術開發了具有核?殼結構的吸濕矩陣結構（圖1）。其中，殼層墨水以纖維素納米纖維為主體，通過丙烯酸接枝改性形成高孔隙率的氣凝膠結構，提供了快速的水汽傳輸通道和優異的毛細吸收能力；核層墨水則引入LiCl作為吸濕核心，并結合兩性離子共聚物P(DMAPS-co-HEAA)，該共聚物通過其帶有正負電荷的兩性離子基團與Li⁺和Cl^-形成靜電相互作用，在增強材料機械性能與結構穩定性的同時，有效抑制了鹽分遷移和泄漏。通過同軸噴嘴同步擠出核層和殼層墨水，并在紫外光照射下進行原位交聯，成功制備了每根擠出線條都具有核?殼異質結構的三維吸濕矩陣（圖2）。這種線條尺度的結構設計協同增強了矩陣的比表面積、傳質通道、鹽分保持能力和鹽溶液吸收性能（圖3-5）。實驗結果表明，核-殼矩陣在90% RH，24 h內水吸附量達2.15 g g^-1，在90 °C下30 min內可釋放92%吸附水，且在50次吸附-脫附循環中性能無明顯衰減。與傳統單一材料打印的吸濕性矩陣相比，采用核?殼結構的3D打印吸濕矩陣在結構多樣性、吸濕速率和穩定性等方面具有明顯優勢。該技術實現了對吸濕材料孔隙結構的精確調控，通過優化外殼組分與微觀結構，進一步提升了水分傳輸與吸附效率。本研究實現了利用同軸3D打印技術構建結構異質吸濕復合材料，為濕度管理、大氣水收集及蒸發冷卻等應用提供了可定制化的材料制備方案（圖6）。

  2026年2月21日，該工作以“Hygroscopic Core-Shell Matrices via Coaxial Multi-Material Printing for Tailored Atmospheric Water Sorption”為題發表在《Advanced Functional Materials》論文第一作者為博士研究生吳曉春。本研究獲得了國家自然科學基金、山東省自然科學基金、青島市自然科學基金等項目的資助，得到了英國、瑞典和芬蘭多位國外合作導師的協助。

圖1. 通過同軸3D打印制備的核-殼矩陣、交聯網絡及吸濕矩陣的功能示意圖。

圖2. （a）核層與殼層矩陣內的結構組分及交聯反應示意圖。（b）具備可調內外徑的雙層同軸噴頭結構。核層與殼層墨水流變學性能表征：（c）剪切速率掃描下的剪切黏度變化曲線，（d）振幅掃描下的儲能模量（G′）與損耗模量（G″）變化，（e）交替低應變（0.1%）與高應變（100%）條件下G′與G″的動態響應。（f）同軸3D打印裝置及核-殼結構矩陣的實物照片。（g）擠出壓力的可打印性優化。(h)打印精度表征結果。

圖3.（a）同軸噴頭和（b）單噴頭打印制備的線條形貌表征。（c）核層、殼層及核-殼結構的孔徑分布及（d）累積孔體積。（e）水接觸角測量。（f）核層、殼層及核?殼結構的飽和含水量（Qs）及（g）液態水吸收性能。（h）水擴散特性表征。

圖4.（a）不同線條內部水蒸氣吸附示意圖。不同LiCl濃度3D矩陣的水蒸氣吸附性能表征：（b）核層矩陣，（c）核?殼矩陣，（d）兩種矩陣吸濕量匯總。含10% LiCl濃度3D矩陣的水蒸氣吸附性能表征：（e）吸濕曲線及（f）表觀吸附時間尺度τ。（g）不同矩陣的解吸性能表征。（h）解吸焓表征。（i）不同同軸噴頭打印的3D矩陣水蒸氣吸附性能表征。

圖5.（a）不同線條內部LiCl溶液泄漏與抑制機制示意圖。經過一次吸濕-解吸循環后（b）核層矩陣與（c）核-殼矩陣的LiCl濃度變化。20次吸濕-解吸循環過程中的吸濕量與鹽泄漏特性表征：（d）核層矩陣，（e）核-殼矩陣。（f）LiCl溶液泄漏及基底腐蝕現象示意圖。（g）LiCl水合物吸濕與解吸過程相圖。（h）25 ℃不同相對濕度條件下避免鹽溶液泄漏的多孔吸附劑建議LiCl配制濃度。（i）典型核-殼結構或3D打印結構性能匯總。

圖6.（a）同軸打印制備的3D核?殼結構矩陣實物照片。（b）基于核-殼矩陣的除濕實驗及（c）循環除濕特性表征。（d）集成核-殼矩陣的晶體硅太陽能電池結構示意圖及實物照片。（e）有無蒸發冷卻條件下太陽能電池的表面溫度變化及（f）光電轉換效率（PCE）變化。（g）蒸發冷卻增強太陽能電池發電量匯總。（h）不同發電技術二氧化碳排放量對比。

  該工作是團隊近期關于功能高分子材料3D打印相關研究的最新進展之一。此外，團隊在3D打印墨水設計和多材料打印方面也取得了重要進展：針對傳統吸濕材料難打印制備、結構和功能受限等問題，團隊開發了一種基于顆粒水凝膠的3D打印墨水體系，成功制造出具有多級孔結構的高性能吸濕矩陣，實現了吸濕材料的定制化和功能化應用（Adv. Funct. Mater. 2025. 36. e14721）；針對光熱材料在高鹽環境下易失效、功能單一等問題，團隊利用多材料墨水直寫技術，制備出能高效產淡水和鹽晶體的梯度結構光熱材料，實現了光熱材料的定制化和多場景應用（Adv. Mater. 2026. 38. e17244）。

  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.74625