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原始长光所light中心中国光学
写作|杨向飞博士(北京大学)
01
里德
水是地球上所有生命体赖以生存的重要资源，也被称为“生命之源”。 不要一个人吃饭，依靠自己体内储存的营养物质可以活一个月。 但是不喝水的话，一周都很难过。 在人体内10%脱水会威胁健康，但20%脱水会有生命危险，充分看到水对生命有重要的作用。 随着水污染的日益严重保证全世界人民的饮用水供给是世界上最大的挑战之一。
图来源: shutterstock
特别是在新型冠状病毒流行期间，发达国家的人们可以保证充分的清洁水供应，必要时经常洗手，保护自己免受疾病的侵害。 但是，世界上大约三分之一的人口甚至不能保证喝干净的水。
最近，美国罗切斯特大学的研究者报告了用激光解决的超强吸水&。 有效收集太阳光，利用收集的太阳能蒸发净化污水的有吸光的铝材料，给全世界水资源不足问题带来了处理的希望。 相关研究成果发表在nature sustainability上。
图1激光解决的铝板具有强大的吸水和吸光能力，可以有效利用太阳能净化水资源。
图源:罗切斯特大学
这项事业是由美国罗切斯特大学郭春雷教授团队在比尔和梅林达盖茨基金、美国国家科学基金和美国陆军研究室的资助下完成的。 相关研究人员表示，这项研究不仅能为快速发展中国家带来足够的饮用水，还能用于临海国家和地区的海水淡化工程。 他们在录像1中说明了铝表面的激光解决和太阳能利用相结合，以100%以上的效率蒸发和净化污水的方法。
视频:激光解决的铝表面可以实现超高效的污水净化。
视频来源:罗切斯特大学
02
创新研究
2.1高效蒸发过程
在本事业中，利用飞秒激光解决铝板表面，将通常的薄铝板转换为超吸水&。 吸光表面。 这种特殊的表面微观毛细管作用减少了水的蒸发焓，多孔质的表面结构改变了水的分子间键，水在倾斜的表面实现了反重力上升，稳定上升速度达到2.1 mm/s。 另外，被黑色铝板表面吸收的太阳能几乎可以100%快速用于加热水，可以进一步提高蒸发过程的效率。
图2激光解决将铝板变为黑色，容易高效吸收太阳能。 水可以在其表面克服重力上升。
图源:罗切斯特大学
2.2优良的毛细管结构
与以往传来的太阳能蒸发净水系统(图3右)相比，通过毛细管结构的吸水作用减少太阳能面板装置与水的接触面积，减少热能的消散，并且调节铝板的立场使太阳变直，完全利用太阳能
图3斜置的强吸水&； 吸光表面(左)与放置之前传递的太阳能吸收表面(右)相比，与水的接触面积减少，热能的消散减少，有利于太阳能利用率的提高。
图来源: nat sustain ( )。
doi/10.1038/s 41893-020-0566-x ( FIG.1d )
与封闭的多孔毛细管界面吸收器不同，超强吸水&； 吸光表面有开放的毛细管，不易发生堵塞和盐分沉淀，而且容易清洗，可以循环再利用。
图4是具有封闭毛细管的吸光多孔材料容易发生堵塞(左)。 开放的毛细管结构不易堵塞，容易清洗，容易回收利用(右)。
图来源: nat sustain ( )
doi/10.1038/s 41893-020-0566-x ( FIG.1e )
2.3良好的净水效果
一直认为利用阳光煮沸可以去除微生物的病原体，减少腹泻的感染死亡，但煮沸的水不能去除重金属和其他污染物。 与此相对，太阳能蒸发净水由于是在水蒸发成为气态后冷凝回收的，因此可以大幅减少这些污染物质，在这个过程中大部分的杂质都被分离出来。
图5显示了超强吸水&。 吸光表面是利用太阳能使净水蒸发的实物图，铝板以面对太阳的立场浸渍在水中时，可以将其表面整体吸收水，利用太阳能进行蒸发净化。 实验表明，该方法可以减少污水中的常见污染物如洗涤剂、染料、尿液、重金属和甘油等，达到安全的饮用水平。
图5采用超吸水&。 吸光表面进行水的净化/海水淡化。
图源:罗切斯特大学
03
总结一下
本文所述超强吸水&； 吸光表面具有简洁高效、持续耐用、容易清洗等特点，与太阳能集热技术珠子合作，有望给世界水资源危机带来曙光。
另外，采用廉价且资源丰富的铝板作为主要材料，可以进一步降低净水装置的生产和采用价格。 在科学研究者的不懈努力下，试看未来的世界，无疑是每个人都喝健康水的世界。
新闻复印件。
相关成果发表在nature sustainability上，主题是solar-trackable super-wickingblackmetalpanelforphotothermalwatersanitation。
论文的地址
doi/10.1038/s41893-020-0566-x
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原标题:“疏影横斜水清浅:铝板上的水净化”
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