全球淡水危机的救星！科学家发明能够净化水的新型太阳能板

向战场上的士兵和世界各地的公民提供清洁饮用水至关重要，这也是世界上最大的挑战之一。但现在，一种由美国陆军资助研发、具有超强吸光吸水性能的新型铝材料可能会改变这种状况。

在美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室下属的陆军研究办公室的资助下，罗切斯特大学的研究人员开发了一种新的铝面板，这种面板可以更有效地集中太阳能，蒸发和净化污水。

艾文·阿斯特伦(Evan Runnerstrom)博士是ARO的项目经理，他说：“陆军和它的作战人员需要依靠水来进行战斗，所以人们对基础材料研究特别感兴趣，因为这些研究可能会研发出产生饮用水的先进技术。这些铝质表面的超强吸光吸水性能可以用来进行被动式或低功率的水净化，更好地为战场上的战士进行补给。”

研究人员开发了一种可以将普通的铝变成黑色的激光处理技术，使铝具有很强的光吸收率，并且具有超强的吸力(它可以在重力作用下将水往上吸)。然后，他们将这种具有超强吸光性和超强吸水性的铝用于太阳能水净化当中。

这项发表在《Nature Sustainability》上的技术会利用飞秒(超短)激光脉冲在普通铝板表面蚀刻。当铝板以一个面向太阳的角度浸入水中时，它会在金属表面上形成一层水薄膜。与此同时，变黑的表面会保留它从太阳吸收的近100%的能量来快速对水进行加热。最后，吸水表面结构会改变水的分子间键，进一步提高了蒸发过程的效率。

罗彻斯特大学(University of Rochester)光学教授Chunlei Guo表示:“这三件事结合起来，使得这项技术的效率比效率达到100%的理想设备还要更高。这一种简单、耐用、廉价的方法可以解决全球的水危机，尤其是在发展中国家。”

实验室的实验表明，该方法可以减少水中所有的常见污染物，如洗涤剂、染料、尿液、重金属和甘油，使其达到安全饮用水平。

Guo说，这项技术也可以用于发达国家缓解干旱地区的水资源短缺问题，以及用于海水淡化项目。

利用阳光煮沸水一直被认为是一种消除微生物病原体和减少腹泻感染死亡的方法，但煮沸的水不能消除重金属和其他污染物。然而，太阳能水净化可以大大减少这些污染物，因为当蒸发的水变成气态，然后再冷凝和收集时，几乎不会包含这些杂质。

基于太阳的水蒸发最常见的方法是体积加热，即加热大量的水，但只有最上层的水可以蒸发。Guo 说，这显然是低效的，因为只使用到一小部分的加热能源。

一种更有效的方法叫做界面加热，将漂浮的多层吸收吸水材料放在水面上，这样就只需要加热靠近水面的水。但是现有的材料都必须水平漂浮在水面上，而且不能直接面对太阳。此外，可用的吸水材料在蒸发后很快就会被遗留的污染物堵塞，需要频繁更换材料。

研究人员开发的铝面板就避免了这些难题，它从水中拉出来一薄层水，直接放到太阳能吸收板表面进行加热和蒸发。

Guo说：“此外，我们使用的是容易清洗的开槽表面，只要喷一下就能完成清洗。它最大的优点是电池板的角度可以不断调整，使其直接面对太阳，最大限度地吸收能量。”

【翻译/前瞻经济学人APP资讯组】

参考资料：https://phys.org/news/2020-07-solar-material.html