作者:赖斯大学的杰德·博伊德 将阳光集中在发热膜上的小点上，利用了光热加热和蒸气压之间固有的、以前未被认识到的非线性关系
学分:Pratiksha Dongare/莱斯大学 莱斯大学利用阳光和纳米粒子净化盐水的太阳能方法比其创始人最初认为的还要高效
赖斯纳米光子实验室(LANP)的研究人员本周表示，他们可以通过添加廉价的塑料透镜将阳光集中到“热点”，将太阳能海水淡化系统的效率提高50%以上
“研究结果可以在《美国国家科学院院刊》上在线获得
“提高太阳能驱动系统性能的典型方法是增加太阳能聚光器并引入更多的光，”莱斯大学布朗工程学院应用物理学研究生、该论文的合著者普拉蒂沙·东格雷说
“这里最大的不同是我们使用了同样多的光
我们已经展示了重新分配这种能量的低成本和显著提高净化水生产率的可能性
" 在传统的膜蒸馏中，热的盐水流经片状膜的一侧，而冷的过滤水流经另一侧
温差产生了蒸汽压力差，驱使水蒸气从加热侧通过膜流向较冷的低压侧
扩大这项技术的规模是困难的，因为随着膜尺寸的增加，膜上的温差——以及由此产生的净水产量——会减小
莱斯的“纳米光子技术太阳能薄膜蒸馏”(NESMD)技术通过使用吸光纳米粒子将薄膜本身转化为太阳能驱动的加热元件来解决这个问题。
莱斯大学的研究人员(左起)普拉蒂克沙·东加、亚历山德罗·阿拉巴斯特里和奥拉·诺依曼表明，当设备尺寸扩大、光线集中在“热点”时，莱斯的“纳米光子太阳能薄膜蒸馏”(NESMD)系统更有效
学分:杰夫·菲特洛/莱斯大学 东加和他的同事，包括这项研究的合著者亚历山德罗·阿拉巴斯特里，在他们的膜的顶层涂上了低成本的、商业上可获得的纳米粒子，这些纳米粒子被设计成能将超过80%的太阳能转化为热能
太阳能驱动的纳米粒子加热降低了生产成本，赖斯的工程师们正在努力扩大这项技术在偏远地区的应用，这些地区没有电
在新的研究中，LANP导演娜奥米·哈拉斯和研究科学家奥拉·诺依曼于2012年首次展示了在新的分子动力学实验室中使用的概念和粒子，他们都是新研究的共同作者
在本周的研究中，哈拉斯、东格雷、雪花石膏、诺依曼和LANP物理学家彼得·诺德兰德发现，他们可以利用入射光强度和蒸气压之间固有的、以前未被认识到的非线性关系
物理学家、莱斯大学电气和计算机工程系德州仪器研究助理教授阿拉巴斯特里用一个简单的数学例子来描述线性和非线性关系的区别
“如果你取任何两个等于10的数——7和3，5和5，6和4——如果你把它们加在一起，你总会得到10
但是如果这个过程是非线性的，你可以在添加之前将它们平方甚至立方
如果我们有9和1，那就是9的平方，或者81，加上1的平方，等于82
这远远好于10，这是你能做的最好的线性关系
" 在NESMD的例子中，非线性的改善来自于将阳光聚集成小点，就像一个孩子在晴天用放大镜一样
将光线集中在膜上的一个小点上会导致热量线性增加，但加热反过来会导致蒸汽压非线性增加
并且增加的压力迫使更多的净化蒸汽在更短的时间内通过膜
莱斯大学纳米光子实验室的研究人员发现，通过添加廉价的塑料透镜将阳光集中到“热点”，他们可以将太阳能海水淡化系统的效率提高50%以上
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学分:Pratiksha Dongare/莱斯大学 “我们表明，在一个较小的区域拥有更多的光子总是比在整个膜上拥有均匀的光子分布要好，”雪花石膏说
化学家和工程师Halas花了超过25年的时间开创了光激活纳米材料的使用，他说:“这种非线性光学过程所提供的效率非常重要，因为缺水是世界上大约一半人口每天都要面对的现实，高效的太阳能蒸馏可以改变这一点
哈拉斯说:“除了水的净化，这种非线性光学效应还可以改善利用太阳能加热来驱动光催化等化学过程的技术。”
例如，LANP正在开发一种铜基纳米粒子，用于在环境压力下将氨转化为氢燃料
哈拉斯是斯坦利C
摩尔电气和计算机工程教授，莱斯斯马利-科尔研究所所长，化学、生物工程、物理和天文学、材料科学和纳米工程教授
NESMD正在水稻纳米技术水处理中心开发，并于2018年获得了能源部太阳能海水淡化项目的研发资金
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