太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)廉價(jià)透鏡

現(xiàn)有的能源有限，需要人們不斷發(fā)展新能源，而太陽(yáng)能就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，人們開(kāi)始大力發(fā)展太陽(yáng)能能發(fā)電。據(jù)最新一期《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》報(bào)道，美國(guó)萊斯大學(xué)利用廉價(jià)塑料透鏡將太陽(yáng)光聚焦到“熱點(diǎn)”，將太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)的效率提高了50%以上。

萊斯大學(xué)納米光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室(LNAP)研究人員表示，提高太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)性能的典型方法是增加太陽(yáng)能聚光器并增加光線。而新方法的最大區(qū)別在于使用相同數(shù)量的光，也可低成本地重新分配電力，并大幅提高純凈水的生產(chǎn)率。

在傳統(tǒng)的膜蒸餾中，熱鹽水流過(guò)片狀膜的一側(cè)，而冷卻過(guò)濾水流過(guò)另一側(cè)。溫差產(chǎn)生蒸氣壓差，驅(qū)使水蒸氣從加熱側(cè)通過(guò)膜轉(zhuǎn)向較冷的低壓側(cè)。該技術(shù)的缺陷是，膜的溫差和由此產(chǎn)生的清潔水產(chǎn)量隨膜的尺寸增加而減小。萊斯大學(xué)新研發(fā)的納米光子太陽(yáng)能膜蒸餾(NESMD)技術(shù)，使用光吸收納米粒子，將膜本身轉(zhuǎn)變?yōu)樘?yáng)能驅(qū)動(dòng)的加熱元件，解決了這一難題。

NESMD技術(shù)利用入射光強(qiáng)度和蒸氣壓之間固有的、以前未被認(rèn)識(shí)的非線性關(guān)系。非線性改進(jìn)來(lái)自于將太陽(yáng)光聚焦成微小的斑點(diǎn)。通過(guò)透鏡將光線集中于膜上的微小點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致熱量的線性增加，但加熱反過(guò)來(lái)產(chǎn)生蒸氣壓的非線性增加，增加的壓力迫使更多純化的蒸氣在更短時(shí)間通過(guò)膜。研究發(fā)現(xiàn)，在更小的區(qū)域內(nèi)擁有更多光子總是比在整個(gè)膜上均勻分布光子更好。

研究人員表示，由于全球一半以上的人口處于缺水狀況，非線性高效太陽(yáng)能蒸餾技術(shù)可極大改善這些人的生活。除了水凈化，這種非線性光學(xué)效應(yīng)還可利用太陽(yáng)能加熱來(lái)驅(qū)動(dòng)光催化等化學(xué)過(guò)程，LNAP正在開(kāi)發(fā)一種銅基納米粒子，用于在環(huán)境壓力下將氨轉(zhuǎn)化為氫燃料。如果某一天人們能高效利用太陽(yáng)能，相信能解決很大的能源問(wèn)題，畢竟太陽(yáng)能是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的，能保證人類(lèi)的永續(xù)發(fā)展，需要我們科研人員更加努力。