激光网3月7日消息，蒸发是一个无处不在的自然过程，以至于我们大多数人都认为这是理所当然的。事实上，到达地球的太阳能中大约有一半是推动蒸发过程的。自 2017 年以来，研究人员一直致力于通过水光效应利用蒸发的能量潜力，当流体通过纳米级设备的带电表面时，可以收集电力。
蒸发在这些设备内部的纳米通道内建立连续流动，这些纳米通道充当被动泵送机制。这种效应也见于植物的微毛细血管中，由于毛细管压力和自然蒸发的结合，水的输送发生了。
尽管目前存在水光伏器件，但对控制纳米级高压能量产生的条件和物理现象的功能了解很少。这是工程学院能源技术纳米科学实验室负责人朱莉娅·塔利亚布和博士生塔里克·安瓦尔想要填补的信息空白。
他们利用实验和多物理场建模的组合来表征流体流动、离子流动和固液相互作用引起的静电效应，目的是优化高压器件。
“多亏了我们新颖的、高度受控的平台，这是第一项通过强调各种界面相互作用的重要性来量化这些水光现象的研究。但在这个过程中，我们也发现了一个重大发现：水光伏设备可以在很宽的盐度范围内运行，这与先前的理解相矛盾，即需要高度纯化的水才能获得最佳性能，“Tagliabue说。
LNET研究最近发布在《设备》杂志上。
研究人员的设备代表了一种称为纳米球胶体光刻技术的首次水伏应用，该技术使他们能够创建精确间隔的硅纳米柱的六边形网络。纳米柱之间的空间为蒸发流体样品创造了完美的通道，并且可以进行微调，以更好地了解流体限制和固/液接触区域的影响。
“在大多数含有盐水溶液的流体系统中，正离子和负离子的数量相等。然而，当你将液体限制在纳米通道内时，只有极性与表面电荷相反的离子才会保留，“Anwar解释道。“这意味着，如果你允许液体流过纳米通道，你将产生电流和电压。
“这可以追溯到我们的主要发现，即纳米器件表面电荷的化学平衡可以用来扩展水光器件在整个盐度范围内的运行，”Tagliabue补充道。
“事实上，随着流体离子浓度的增加，纳米器件的表面电荷也会增加。因此，我们可以在处理更高浓度的流体时使用更大的流体通道。这使得制造用于自来水或海水的设备变得更加容易，而不仅仅是纯净水。
由于蒸发可以在很宽的温度和湿度范围内连续发生，甚至在夜间，因此更高效的高压设备有许多令人兴奋的潜在应用。
研究人员希望在瑞士国家科学基金会启动基金的支持下探索这一潜力，该基金旨在开发“一种全新的大规模和小规模废热回收和可再生能源发电范式”，包括在日内瓦湖上真实世界条件下的原型模块。
而且，由于高压设备理论上可以在任何有液体甚至水分的地方运行，因此它们也可用于为连接设备的传感器供电，从智能电视到健康和健身可穿戴设备。凭借LNET在光能收集和存储系统方面的专业知识，Tagliabue还热衷于了解如何利用光和光热效应来控制高压系统中的表面电荷和蒸发速率。
最后，研究人员还看到了高压系统与清洁水生产之间的重要协同作用。
“自然蒸发用于驱动海水淡化过程，因为可以通过冷凝蒸发表面产生的蒸汽从盐水中收集淡水。现在，你可以想象使用高压系统同时生产清洁水和利用电力，“Anwar解释道。
