Аэрогель с нанотрубками превратили в солнечный парогенератор

Ускоренный процесс подъема воды по трубке
Weizhong Xu et al. / ACS Nano, 2019
Китайские ученые создали трубку, способную поднимать жидкость благодаря капиллярному эффекту, а также испарять ее благодаря эффективному поглощению тепла от солнечного излучения. Потенциально такую конструкцию можно использовать для очистки воды от примесей или соли без использования электроэнергии, рассказывают авторы статьи, опубликованной в ACS Nano.
Жители многих регионов мира имеют крайне ограниченный доступ к чистой воде, а также полноценным очистным станциям и личным фильтрующим устройствам. Кроме того, некоторые регионы вовсе страдают от нехватки любой воды из-за отсутствия рек и водоемов, или сезонных засух. Ученые из разных стран разрабатывают для решения этой проблемы простые и недорогие устройства для получения чистой воды. К примеру, в прошлом году американцы успешно испытали в условиях Аризоны установку для поглощения воды из воздуха, работающую на солнечной энергии.
Ученые под руководством Хао Бая (Hao Bai) из Чжэцзянского университета создали аэрогелевую конструкцию, способную подобно деревьям благодаря капиллярному эффекту поднимать жидкость наверх к области со слоем углеродных нанотрубок, эффективно поглощающих солнечный свет и нагревающих воду.
В качестве основы исследователи взяли полиакриламид. Из него они создавали аэрогель с большим количеством пор и пересекающихся каналов. Помимо пористости структура, созданная в аэрогеле, также имеет радиальное строение в виде расходящихся от центра лучей, «подсмотренное» учеными у болотного кипариса. Эти деревья обычно встречаются на берегах водоемов и рек, причем они стоят прямо в воде. Такое строение позволяет им быстро и высоко поднимать воду по стволу.
Метод основан на том, что между краем трубки и ее центром образуется температурный градиент, вдоль которого происходит кристаллизация. После этого получившуюся замороженную трубку облучали ультрафиолетом с длиной волны 365 нанометров, а затем подвергали сублимационной сушке, при которой из трубки удаляется вода. На последнем этапе на один из концов получившихся аэрогельных трубок наносили многостенные углеродные нанотрубки.
Помимо капиллярного подъема в узких каналах существуют и другие необычные примеры поведения жидкости. В 2017 году физики с помощью симуляции показали, что, если составить из поверхностей с разной смачиваемостью ступеньки, при определенных параметрах капля жидкости может самопроизвольно начать подниматься вверх по этим ступенькам.
Григорий Копиев