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激光蝕刻是解決全球水危機的有效方法

激光蝕刻解決全球水危機的簡單方法

在冠狀病毒大流行期間,向發達國家的人們保證了充足的清潔水供應,可以根據需要經常洗手,以保護自己免受疾病的侵襲。然而,世界上近三分之一的人口甚至沒有保證喝到干凈的水

羅徹斯特大學的研究人員現在找到了一種方法來解決這一問題,方法是利用陽光(所有人都可以使用的一種資源)以高于100%的效率蒸發和凈化受污染的水。

這怎么可能?

在《自然可持續性》的一篇論文中,光學教授郭春雷實驗室的研究人員證明了飛秒激光脈沖的爆發是如何將普通鋁板的表面蝕刻成一種超級芯吸(吸水),超級能量吸收的材料。

當以一定角度面向太陽放置在水中時,表面:

在金屬表面上向上拉一層水

保留從太陽吸收的能量的近100%,以快速加熱水

同時,改變了水的分子間鍵,極大地提高了蒸發過程的效率。

“這三件事共同使這項技術在100%的效率下比理想的設備運行得更好。”郭也說,他也是該大學物理與材料科學專業的會員。“這是一種解決全球水危機的簡單,持久,廉價的方法,特別是在發展中國家。”

實驗室實驗表明,該方法可將所有常見污染物(例如洗滌劑,染料,尿液,重金屬和甘油)的存在降低到安全的飲用水平。

郭說,這項技術在發達國家減輕干旱地區的水短缺以及水淡化項目中也可能有用。

易于清潔,易于瞄準

長期以來,人們一直認為使用陽光煮沸是消除微生物病原體并減少腹瀉感染死亡的一種方法。但是沸水并不能消除重金屬和其他污染物。

但是,基于太陽能的水凈化可以大大減少這些污染物,因為當蒸發的水變成氣態然后冷凝并被收集時,幾乎所有的雜質都會被留下。

太陽能水蒸發的最常見方法是體積加熱,即加熱大量水,但只有頂層可以蒸發。郭說,這顯然是效率低下的,因為只有一小部分的熱能被利用了。

一種更有效的方法(稱為界面加熱)將漂浮的多層吸收和芯吸材料放置在水的頂部,因此僅需要加熱表面附近的水。郭說,但是所有可用的材料都必須水平漂浮在水面上,不能直接面對太陽。因此,該方法能量效率較低。此外,可用的芯吸材料會很快被蒸發后留下的污染物堵塞,需要經常更換材料。

Guo實驗室開發的面板通過將薄薄的一層水從儲層中拉出并直接拉到太陽能吸收器表面上進行加熱和蒸發,從而避免了這些低效率的情況。郭說:“此外,由于我們使用的是開槽表面,因此只需噴涂即可非常容易清潔。”

他補充說:“最大的優勢是,可以連續調節面板的角度,使其在升起時直接面向太陽,然后在落山之前在天空中移動”,從而最大程度地吸收了能量。郭說:“沒有什么比我們在這里能做的事更好的了。”

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