Лазеры протравить эффективный способ для решения глобального водного кризиса

Лазеры протравить простой способ для решения глобального водного кризиса

На фоне пандемии коронавируса, люди в развитых странах обеспечивает достаточное снабжение чистой водой, чтобы мыть руки так часто, как необходимо, чтобы защитить себя от болезни. И еще, почти треть населения мира даже не уверены в чистоте воды для питья.

Исследователи Университета Рочестера нашли способ решить эту проблему, используя солнечный свет-ресурс, который каждый может открыть … чтобы выпарить и очистить загрязненную воду с более чем 100-процентной эффективностью.

Как это возможно?

В документе, в устойчивости природы, исследователи в лаборатории Чунлэй Гуо, профессор оптики, продемонстрировать, как взрыв фемтосекундных лазерных импульсов травления поверхности нормальный Лист алюминиевый в супер влагу (привлечение воды), супер энергия-absorbing материал.

При помещении в воду под углом, лицом к Солнцу, на поверхности:

• Рисует тонкую пленку воды вверх по металлической поверхности
• Сохраняет почти 100% энергии он поглощает от солнца быстро нагревает воду
• Одновременно, изменения меж-молекулярных связей воды, что значительно увеличивает эффективность процесса испарения еще больше.

«Эти три вещи вместе включить технологию, чтобы работать лучше, чем идеальное устройство при 100-процентной эффективностью», — говорит Го, который также связан с физикой университета и материаловедения программы. «Это простой, прочный, недорогой способ для решения глобального водного кризиса, особенно в развивающихся странах».

Эксперименты в лаборатории показывают, что метод снижает наличие всех распространенных загрязняющих веществ, таких как моющие средства, краски, мочи, тяжелые металлы и глицерина, до безопасного уровня для питья.

Эта технология также может быть полезна в развитых странах для смягчения нехватки воды в засушливых районах, а также для проектов опреснения воды, го говорит.

Легко чистится, прост в целью

Используя солнечный свет, чтобы вскипятить уже давно признан способ устранить микробных возбудителей и снижению смертности от кишечных инфекций. Но кипячение воды не устраняет тяжелые металлы и другие загрязняющие вещества.

Солнечные очистке воды, однако, может значительно уменьшить эти загрязнения, потому что почти все примеси остаются позади, когда испаряющаяся вода превращается в газообразное, а затем конденсируется и попадает собираются.

Самый распространенный метод солнечных батарей на основе испарения воды отопления объем, в котором большой объем воды нагревается, но может испариться только верхний слой. Это, очевидно, неэффективна, говорит го, потому что привыкает только небольшая часть тепловой энергии.

Более эффективный подход, называемый межфазный отопление, места, плавающие, многослойные впитывающие и влагоотводящие материалы на поверхности воды, так что вода только вблизи поверхности должен быть нагрет. Но имеющиеся материалы все должны плавать горизонтально на поверхности воды и не могу смотреть на Солнце напрямую, — говорит Гуо. Таким образом, этот подход является менее энергоэффективным. Кроме того, доступен влагу материалов быстро засоряются от загрязнений, оставшихся после испарения, требуя частой замены материалов.

Панель, разработанная в лаборатории Гуо позволяет избежать эти недостатки путем вытягивания тонкого слоя воды из резервуара и непосредственно на солнечной поверхности амортизатора для нагрева и испарения. «Более того, поскольку мы используем открытой рифленой поверхностью, она очень легко чистится, просто распыления», — говорит Гуо.

«Самое большое преимущество», — добавляет он, «является то, что угол наклона панели можно регулировать непрерывно, чтобы смотреть прямо в солнце, как оно поднимается, а затем движется по небу перед настройки» — максимальное поглощение энергии. «Просто не было ничего похожего, что мы можем сделать здесь», — говорит Гуо.

Последний в серии приложений

Проект был поддержан грант от Фонда Билла и Мелинды Гейтс, фонд национальной науки, и армии США исследовательский отдел.

«Армии и ее бойцов бегать по воде, значит, есть особый интерес в основных материалов исследования, которые могут привести к передовых технологий для получения питьевой воды», — сказал Эван Runnerstrom, руководитель программы, в армейском исследовательском кабинете, элемент американской армии боевые возможности развития Командование Армии научно-исследовательской лаборатории. «В superwicking и светопоглощающие свойства этих алюминиевых поверхностей может включить пассивный или маломощных очистки воды лучше поддерживать Warfighter в поле».

Помимо использования фемтосекундного лазерного травления технологии для создания гидрофобного (водоотталкивающего), superhydrophilic (притягивающим воду), и супер энергопоглощающих металлов, Гуо лаборатории создали металлические конструкции, которые не тонут независимо от того, как часто они вынуждены в воде или сколько он поврежден или проколот.

До создания притягивающего воду и отталкивает металлов, го и его помощник Анатолий Воробьев, продемонстрировано использование фемтосекундных лазерных импульсов, чтобы превратить почти любой металл черный как смоль. Поверхность структуры, созданные на металле были невероятно эффективны в захвате входящего излучения, таким как свет. Но они также захватили света в широком диапазоне длин волн.

Впоследствии его команда использовали подобный процесс, чтобы изменить цвет ряда металлов в различные цвета, такие как синий, золотой, и серый. Приложения могут включать приготовление цветных фильтров и оптических спектральных приборов, с помощью одного лазера в автомобиле завод по производству автомобилей разных цветов; или, предполагая, с золотые обручальное кольцо, которое соответствует цвету голубые глаза своей невесты.

В лаборатории также используется начальная черного и цветного прием металла, чтобы создать уникальный комплекс нано — и микромасштабных структур на поверхности обычной вольфрамовой нити, что позволяет электрическая лампочка светиться ярче при том же потреблении энергии.

сделать разницу: спонсорские возможности