2020年7月14日
激光蚀刻一个简单的方法来解决全球水危机。在冠状病毒大流行,在发达国家的人们保证供应充足的干净的水洗手经常需要保护自己免受疾病。然而,近三分之一的世界人口是不保证干净的水喝。
罗彻斯特大学的研究人员已经找到一种方法来解决这个问题通过使用阳光——每个人都可以访问的资源和净化被污染的水蒸发效率大于100%。
这怎么可能
在一篇论文自然的可持续性教授,研究人员在实验室Chunlei郭的光学、演示的飞秒激光脉冲腐蚀一张正常的铝的表面变成一个超级灯芯材料(水吸引),超级能量吸收材料。
当放置在水在一个角度面对太阳,表面:
- 画了一个薄膜水向上的金属表面
- 保留近100%的能量吸收来自太阳的快速加热水
- 同时,改变水的分子键,显著增加进一步蒸发过程的效率。
“这三件事放在一起使技术操作比理想设备效率为100%,“郭说,他也是隶属于该大学的物理学和材料科学项目。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球“这是一个简单,耐用,便宜的方法来解决全球水危机,特别是在发展中国家。”
实验室的实验表明,该方法减少了所有常见的污染物,如洗涤剂、染料、尿液、重金属、甘油,为饮用安全水平。
技术也可以用在发达国家为减轻受灾地区的水资源短缺,水和海水淡化项目,郭说。
容易清洁,容易的目标
利用阳光沸腾一直被认为是一种消除微生物病原体和减少死于腹泻感染。但沸水并不消除重金属和其他污染物。
太阳能水净化,然而,可以大大减少这些污染物,因为几乎所有的杂质都是留下当水蒸发变成气体,然后凝结和收集。
太阳能水蒸发的最常见方法是体积加热,大量的水被加热但只有顶层可以蒸发。郭说,这显然是低效的,因为只有一小部分的加热能源被使用。
一个更有效的方法,称为界面加热,漂浮的地方,多层次的吸收和毛细作用材料的水,这样只需要加热水在地表附近。欧洲杯足球竞彩但可用的材料都有浮动水平上的水,不能欧洲杯足球竞彩直接面对太阳,郭说。因此,不节能的方法。此外,可用的毛细作用材料成为迅速与污染物堵塞蒸发后留下的,需要频繁更换欧洲杯足球竞彩材料。
专家组由郭实验室避免这些低效的拉着一层薄薄的水水库,直接到太阳能吸收器表面加热和蒸发。“此外,因为我们使用一个open-grooved表面,很容易清洁,只需喷它,”郭说。
“最大的优势。”他补充说,“是可以不断调整面板的角度直接面对太阳一样升起,然后在天空移动设置”最大化的吸收能量。“没有其他类似我们所能做的只是在这里,”郭说。
系列中最新的应用程序
这个项目是由比尔和梅林达•盖茨基金会的资助下,美国国家科学基金会,美国陆军研究办公室。欧洲杯线上买球
“军队和作战人员在水运行,所以有特别的兴趣基础材料研究,可能导致先进技术生成饮用水,”欧洲杯足球竞彩埃文Runnerstrom说,项目经理,陆军研究办公室,美国陆军作战能力发展的一个元素命令陆军研究实验室。“superwicking和吸光性能的铝表面可能会使被动或低功耗水净化领域更好地维持作战人员。”
除了使用飞秒激光蚀刻技术来创建超疏水(水),superhydrophilic (water-attracting)和超级能量吸收金属,郭实验室创造了金属结构,不无论多久他们被迫陷入水或多少损坏或刺穿。
建立水吸引和排斥金属之前,郭先生和他的助理,Anatoliy Vorobyev,证明了利用飞秒激光脉冲将几乎任何金属漆黑一片。金属的表面结构创造了非常有效地捕获入射辐射,如光。但他们也在广泛的波长的光捕获。
随后,他的团队使用类似的过程改变一系列金属的颜色各种各样的颜色,比如蓝色、黄金、和灰色。应用程序可能包括让颜色过滤器和光学光谱设备,使用单一激光在汽车工厂生产汽车不同的颜色;或提出相匹配的一枚订婚戒指你未婚妻的蓝眼睛的颜色。
实验室也用最初的黑色和有色金属技术创建一个独特的纳米阵列和微尺度结构表面上的普通钨丝,使灯泡发光更明亮的能源使用。
除了郭,合作者包括作者Subhash辛格Mohamed ElKabbash乎Li Xiaohan Li Bhabesh Regmi,马修·马德森Sohail贾利勒,Zhibing詹,华贵的张,所有的郭实验室。其中四个是本科生。
来源:https://www.rochester.edu/