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想煮开水?第一步:抓把泡泡膜

作者: admin 来源: 中国数字科技馆


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麻省理工研究生George Ni端着一个泡泡膜包裹的、海绵状的装置,用来吸收太阳光并加热水至沸腾,产生水蒸气通过气孔。Jeremy Cho摄

 

想煮开水吗?忘掉茶壶,拿起泡泡膜吧,麻省理工学院的一支科研团队如是说。研究生George Ni和教授Gang Chen都是其中成员。

 

在他们新发表在《自然-能源》Nature Energy上的文章中,Ni及其合作者将他们的设计描述为简易的“太阳能水蒸气发生器”,不需反射镜或昂贵的透镜会聚阳光,仅用周围环境的一点阳光煮开水、生成水蒸气

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他们的设计基于其团队先前在2014年开发的太阳能吸收装置,其中包含一个用石墨烯和泡沫碳制成的流动的海绵状材料。利用此装置,研究者得以把85%的入射太阳光用于转化水蒸气。这一转化效率意味着他们必须用10倍于正常户外阳光强度的人造光源来生成足够的水蒸气。

 

设计过程中的关键问题在于,尽管海绵状材料能很好地吸收阳光,但它也会向周围环境辐射热量。于是,团队开始探索减小体系热损失的方法。

 

很快,他们将目标锁定在涂有光谱选择性吸收材料的薄铜板上,试图在吸收阳光的同时保证热量不散失。选铜是因为其导热性好。当与蓝色、金属般的吸收材料结合在一起时,铜板限制了热量向周围环境的辐射。

 

然而,这种结构没有杜绝热对流:当上方空气经过装置表面时,空气对流也会使得体系能量逸散。

 

Chen说,那时他不停问自己,我们能否不通过聚光设计,在平常条件下就能在屋顶将水煮沸

 

虽然看上去难以置信,但灵感很快光顾了他。那时,Chen十六岁的女儿正为一个注册鹿鼎挑战赛项目制造温室。用简单的材料,包括泡泡膜,Chen说女儿能够在冬天使得温室温度到达160华氏度(约71℃

 

紧接着,ChenNi提议,用这种廉价易得的材料,把来自阳光的热量收集在泡泡中。Ni说:

 

 “开始我对这个想法十分怀疑……我觉得这种材料性能不够好。但为使得空气收集效应更明显,我们试验了带有更大泡泡、透明度更高的泡泡膜,结果成功了。现在有了泡泡膜,我们不再需要反射镜来会聚阳光。

 

此时,新设计的体系包含:

1. 用石墨烯和泡沫碳制作的海绵状材料

2. 一层蓝色的、金属般的涂层——一般用在太阳能热水器中——可以同时做到吸收阳光并收集热量

3. 透明度的、有较大泡泡的泡泡膜

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泡泡膜,和选择性吸收装置结合在一起,以防热量从海绵表面逃离。GEORGE NI

 

将装置钻了个孔,置于水中,研究者发现水被加热至沸腾,水蒸气出现了。研究者还发现,“即使天气相对阴冷”,此装置仍然能将水加热到100℃。

 

研究者希望这种简易的装置可以获得更广阔的应用,大至海水淡化与污水处理,小至民用热水器,为其提供更廉价的选择。

 

本文作者:Melissa C. Lott研究关注能源、环境、技术和政策的交叉领域。

 

翻译:扈官威审校:吴非

 

(原文链接:http://blogs.scientificamerican.com/plugged-in/want-to-boil-water-step-1-grab-some-bubble-wrap/


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Melissa C. Lott的研究关注能源、环境、技术和政策的交叉领域。