吸附式大气水收集技术与吸湿材料的发展为饮用水生产、湿度与热量管理等领域提供了低碳、环保和可持续的解决方案。然而，大部分含吸湿盐复合材料主要以多孔材料（气凝胶、水凝胶和泡沫）为骨架，在孔结构设计、制备、调控和功能化等方面存在一定局限，限制了吸湿复合材料的材料合成、可加工性性能稳定性和应用场景的多样性。

  近期，中国海洋大学徐晓峰教授课题组通过同轴多材料3D打印技术开发了具有核?壳结构的吸湿矩阵结构（图1）。其中，壳层墨水以纤维素纳米纤维为主体，通过丙烯酸接枝改性形成高孔隙率的气凝胶结构，提供了快速的水汽传输通道和优异的毛细吸收能力；核层墨水则引入LiCl作为吸湿核心，并结合两性离子共聚物P(DMAPS-co-HEAA)，该共聚物通过其带有正负电荷的两性离子基团与Li⁺和Cl^-形成静电相互作用，在增强材料机械性能与结构稳定性的同时，有效抑制了盐分迁移和泄漏。通过同轴喷嘴同步挤出核层和壳层墨水，并在紫外光照射下进行原位交联，成功制备了每根挤出线条都具有核?壳异质结构的三维吸湿矩阵（图2）。这种线条尺度的结构设计协同增强了矩阵的比表面积、传质通道、盐分保持能力和盐溶液吸收性能（图3-5）。实验结果表明，核-壳矩阵在90% RH，24 h内水吸附量达2.15 g g^-1，在90 °C下30 min内可释放92%吸附水，且在50次吸附-脱附循环中性能无明显衰减。与传统单一材料打印的吸湿性矩阵相比，采用核?壳结构的3D打印吸湿矩阵在结构多样性、吸湿速率和稳定性等方面具有明显优势。该技术实现了对吸湿材料孔隙结构的精确调控，通过优化外壳组分与微观结构，进一步提升了水分传输与吸附效率。本研究实现了利用同轴3D打印技术构建结构异质吸湿复合材料，为湿度管理、大气水收集及蒸发冷却等应用提供了可定制化的材料制备方案（图6）。

  2026年2月21日，该工作以“Hygroscopic Core-Shell Matrices via Coaxial Multi-Material Printing for Tailored Atmospheric Water Sorption”为题发表在《Advanced Functional Materials》论文第一作者为博士研究生吴晓春。本研究获得了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、青岛市自然科学基金等项目的资助，得到了英国、瑞典和芬兰多位国外合作导师的协助。

图1. 通过同轴3D打印制备的核-壳矩阵、交联网络及吸湿矩阵的功能示意图。

图2. （a）核层与壳层矩阵内的结构组分及交联反应示意图。（b）具备可调内外径的双层同轴喷头结构。核层与壳层墨水流变学性能表征：（c）剪切速率扫描下的剪切黏度变化曲线，（d）振幅扫描下的储能模量（G′）与损耗模量（G″）变化，（e）交替低应变（0.1%）与高应变（100%）条件下G′与G″的动态响应。（f）同轴3D打印装置及核-壳结构矩阵的实物照片。（g）挤出压力的可打印性优化。(h)打印精度表征结果。

图3.（a）同轴喷头和（b）单喷头打印制备的线条形貌表征。（c）核层、壳层及核-壳结构的孔径分布及（d）累积孔体积。（e）水接触角测量。（f）核层、壳层及核?壳结构的饱和含水量（Qs）及（g）液态水吸收性能。（h）水扩散特性表征。

图4.（a）不同线条内部水蒸气吸附示意图。不同LiCl浓度3D矩阵的水蒸气吸附性能表征：（b）核层矩阵，（c）核?壳矩阵，（d）两种矩阵吸湿量汇总。含10% LiCl浓度3D矩阵的水蒸气吸附性能表征：（e）吸湿曲线及（f）表观吸附时间尺度τ。（g）不同矩阵的解吸性能表征。（h）解吸焓表征。（i）不同同轴喷头打印的3D矩阵水蒸气吸附性能表征。

图5.（a）不同线条内部LiCl溶液泄漏与抑制机制示意图。经过一次吸湿-解吸循环后（b）核层矩阵与（c）核-壳矩阵的LiCl浓度变化。20次吸湿-解吸循环过程中的吸湿量与盐泄漏特性表征：（d）核层矩阵，（e）核-壳矩阵。（f）LiCl溶液泄漏及基底腐蚀现象示意图。（g）LiCl水合物吸湿与解吸过程相图。（h）25 ℃不同相对湿度条件下避免盐溶液泄漏的多孔吸附剂建议LiCl配制浓度。（i）典型核-壳结构或3D打印结构性能汇总。

图6.（a）同轴打印制备的3D核?壳结构矩阵实物照片。（b）基于核-壳矩阵的除湿实验及（c）循环除湿特性表征。（d）集成核-壳矩阵的晶体硅太阳能电池结构示意图及实物照片。（e）有无蒸发冷却条件下太阳能电池的表面温度变化及（f）光电转换效率（PCE）变化。（g）蒸发冷却增强太阳能电池发电量汇总。（h）不同发电技术二氧化碳排放量对比。

  该工作是团队近期关于功能高分子材料3D打印相关研究的最新进展之一。此外，团队在3D打印墨水设计和多材料打印方面也取得了重要进展：针对传统吸湿材料难打印制备、结构和功能受限等问题，团队开发了一种基于颗粒水凝胶的3D打印墨水体系，成功制造出具有多级孔结构的高性能吸湿矩阵，实现了吸湿材料的定制化和功能化应用（Adv. Funct. Mater. 2025. 36. e14721）；针对光热材料在高盐环境下易失效、功能单一等问题，团队利用多材料墨水直写技术，制备出能高效产淡水和盐晶体的梯度结构光热材料，实现了光热材料的定制化和多场景应用（Adv. Mater. 2026. 38. e17244）。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.74625