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一个令人惊讶的发现是,光可以使水在没有热量的情况下蒸发

本站发布时间:2023-12-23 15:46:23

蒸发一直发生在我们周围,从寒冷的二氧化碳到清晨的阳光下的露点但科学界对这一过程的理解可能一直缺失

最近几年,在他们的实验中,一些研究人员被灌输了大量的水,这些水被洗涤,因为像鼻水凝胶这样的材料在更高的温度下蒸发,这可以用水所接收的热量或热能来解释这些例外是显著的——超过,或者超过三倍,理论上的最大比率

在进行了一系列新的实验和模拟,并检查了来自不同组的一些结果,这些结果被认为超过了下限后,MIT的一个新的研究人员得出了一个初步结论:在某些条件下,在水与空气相遇的界面上,光可以在没有热量的情况下直接带来蒸汽,而且实际上比热量更有效在这些实验中,水溶于水凝胶材料,但研究人员认为,这种现象也可能发生在其他条件下

本周,机械工程师陈钢教授、麻省理工学院博士后姚栋图等人在《美国国家科学院院刊》上发表了这一发现

这一现象在云的形成和演化过程中发挥了重要作用,因此,将其纳入气候模型以提高其准确性是非常重要的而且,在大多数工业过程中,灯光是一个重要的组成部分,可以通过太阳能海水淡化来实现,也可以通过交替的方式将灯光转换为先照明

这些新发现令人惊讶,因为水本身并没有显著地吸收光这就是为什么你可以清楚地看到通过许多会议的清水到下面的表面因此,当研究人员开始探索海水淡化的蒸发过程时,他们首先将颗粒放在含有水的包层中,即吸光材料中,以帮助将光线转化为热量

然后,在其他小组的工作中,这些小组的蒸发率是热量极限的两倍,这是根据基本物理原理,而不是能量守恒,在热量输入时发生的最有可能的蒸发量正是在这些实验中,水被水凝胶所束缚尽管它们最初是光学的,但Chen和Tus开始了他们自己的水凝胶实验,包括另一组的大量材料陈说:“我们在我们的太阳能模拟器下测试,并打上两个标记,”证实了我们的蒸发率非常高“所以,我们现在相信了。”陈和图森开始制作和测试他们自己的水凝胶

科学家们发现,过量的蒸发是由光本身引起的——光的飞行实际上是从水的表面释放出大量的水分子这种效果只会直接作用于水和空气的边界层、水凝胶材料的表面,并会作用于海表面或云或雾中水滴的表面

在实验室中,他们监测了水凝胶的表面,这是一种类似JELL-O的基质,最容易与水结合,并形成薄膜的网状结构这些测量结果是对具有精确控制波长的模拟阳光的响应

研究人员对水表面进行了观察,改变了光照顺序的不同颜色,并测量了蒸发率这是通过将容器放置在水蒸气的水凝胶上,直接测量蒸发损失的总量,并监测水凝胶表面的温度来实现的这些灯被屏蔽,以防止它们引入额外的热量研究人员发现,这种影响随着颜色的不同而变化,尤其是绿光的波长这种颜色依赖性与食物无关,并且支持光本身会导致大部分蒸发的想法

研究人员试图将观察到的蒸发速率与加热材料的最大直流电和无光进行复制即使温度与其他测试相同,蒸发的水量也始终超过下限然而,当模拟的阳光亮起时,它就这样做了,这证实了光线是极端蒸发的作用

陈说,尽管水本身不会吸收很多光,水凝胶材料本身也不会吸收,但当两者结合在一起时,就会成为强大的吸收剂这使得材料能够有效地吸收极性光的能量,并超过热量,而不需要吸收大量的染料

一旦发现了这种效应,他们称之为光分子效应,研究人员就可以根据现实世界的需要为应用程序提供足够的工作他们从JameelWaterandFoodSystems实验室的AbdulLatifLabs研究了这种现象对提高太阳能海水淡化系统效率的作用,BoseGran探索了这种现象在气候变化建模中的影响

周二解释了标准的脱盐过程,“它通常有两个步骤:首先将水蒸发成蒸汽,然后需要将蒸汽冷凝以将其蒸发成淡水。”他说,有了这一发现,有可能“我们可以在蒸汽侧实现更高的效率。”该过程还可以关闭所有需要材料的应用程序

陈说,原则上,他认为有可能增加目前海水淡化产生的水量每平方米5公斤,使用这种轻型底座方法至少三倍或四倍他说:“这可能会导致海水淡化。”

我们补充说,这种现象可能会在蒸发冷却过程中被平均化,使用相变来提供高效的冷却系统

与此同时,研究人员正在与其他小组密切合作,这些小组有时间复制研究结果,希望能够克服面向未来研究的假设,并进一步解释这些假设

研究小组还包括周、林绍廷、穆罕默德·阿尔什和麻省理工学院机械工程系的赵宣和


来源:

Materials provided by
Massachusetts Institute of Technology. Original written by David L. Chandler.
注明: Content may be edited for style and length.


参考:

  1. Yaodong Tu, Jiawei Zhou, Shaoting Lin, Mohammed Alshrah, Xuanhe Zhao, Gang Chen.
    Plausible photomolecular effect leading to water evaporation exceeding the thermal limit. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; 120 (45) DOI: 10.1073/pnas.2312751120

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