2025年3月11日，海南大学黄玮和张明鑫团队在《Advanced Materials》国际期刊在线发表了题为《Mesoporous Nanogel Sprays as Universal Evaporation Interface Modifiers for Boosting Water-Cluster Evaporation》最新研究论文。该研究开发了一种亲水性纳米囊泡凝胶/疏水介孔复合喷雾涂层，仅需在常见材料（如木材、滤膜、织物等）表面喷涂40 mg/cm2的低剂量凝胶，即可构建高效蒸发界面——亲水纳米囊泡加速水传输，疏水介孔作为水簇结构模板，降低蒸发能耗。在1倍太阳光照下蒸发速率达3.26 kg/(m2·h)，性能较原基底提升268%！这种纳米凝胶具有低成本、可食用、多基底兼容等优势，可灵活应用于海水淡化、农作物增产、工业干燥涂层等领域（图1）。
图1?通过解耦输水通道和蒸发界面来升级蒸发界面的通用方法
相较于传统的材料结构表征手段，静态光散射SLS、X射线小角散射SAXS、中子小角散射SANS联用技术具备独特优势：(1)宽域分辨能力, 覆盖0.1-200 nm空间检测尺度，跨越分子组装体至介孔结构的完整层级；(2)原位动态分析：可实时追踪材料在环境变量（如：湿度、温度、溶液渗透）等工况下的结构演变；(3)互补信息深度整合,SAXS解析长程有序性，SANS通过氢/氘衬度差异精准定位界面/孔道水分布。
SLS通过测量零散射角强度（I(0)）计算了纳米凝胶的分子量（Mw？）。在此基础上结合动态光散射（DLS）测得的流体力学半径（Rh？），进一步验证了纳米凝胶的均匀性（PDI <0.2）。通过Rg？/Rh？≈1（表1），直接确认了纳米凝胶的中空囊泡结构（图1），这一比值是判断囊泡或实心球结构的关键判据。Rg/Rh≈1说明了典型的中空囊泡结构。
表1?the?Rg?and?Rh?of these NGs, and the?Rg/Rh.
SAXS实验主要依托国家蛋白质科学研究（上海）设施)BL19U2线站完成?；赟AXS实验数据，作者通过分形维数分析与散射数据中特征峰位的拟合，解析了纳米凝胶囊泡内部孔道呈六边形有序排列的结构特征，为水团簇的定向传输提供了理想模板（图2）。动态SAXS实验可进一步捕捉到盐溶液渗透过程中凝胶网络的实时结构响应，阐明疏水介孔通道对水分子活化的关键作用——通过降低界面阻力，显著提升蒸发动力学。
图2?The SAXS curve of NGs (a) and KCl-soaked NGs (b).
为精准解析孔道尺寸，作者依托中国散裂中子源，使用衬度变化的方法，进行了SANS实验表征。进一步采用圆柱模型拟合SANS数据，得到介孔道内径约为6.2nm，囊泡厚度为7.6nm。这一结果直接验证了“亲水基体-疏水介孔”的跨尺度水传输-活化耦合机制：水分子经亲水凝胶快速吸附后，通过疏水介孔模板形成水团簇结构，经过加热后，以水团簇形式蒸发，降低蒸发界面的能耗。
图3?NG的结构图
本研究通过静态光散射，X射线小角散射以及中子小角散射协同应用，从埃米至百纳米尺度完整揭示了介孔纳米凝胶的跨尺度结构特征。SAXS与SANS作为非破坏性原位结构表征手段，凭借其宽域分辨能力与动态响应特性，成为解析先进材料构效关系的核心工具。
