Аерогель з нанотрубками перетворили на сонячний парогенератор

Китайські вчені створили трубку, здатну піднімати рідину завдяки капілярному ефекту, а також випаровувати її завдяки ефективному поглинанню тепла від сонячного випромінювання. Потенційно таку конструкцію можна використовувати для очищення води від домішок або солі без використання електроенергії, розповідають автори статті, опублікованої в.

Жителі багатьох регіонів світу мають вкрай обмежений доступ до чистої води, а також повноцінних очисних станцій і особистих фільтруючих пристроїв. Крім того, деякі регіони зовсім страждають від нестачі будь-якої води через відсутність річок і водойм, або сезонних посух. Вчені з різних країн розробляють для вирішення цієї проблеми прості і недорогі пристрої для отримання чистої води. Наприклад, минулого року американці успішно випробували в умовах Арізони установку для поглинання води з повітря, що працює на сонячній енергії.

Вчені під керівництвом Хао Бая (Hao Bai) з Чжецзянського університету створили аерогелеву конструкцію, здатну подібно деревам завдяки капілярному ефекту піднімати рідину наверх до області зі шаром вуглецевих нанотрубок, що ефективно поглинають сонячне світло і нагрівають воду.

Як основу дослідники взяли поліакриламід. З нього вони створювали аерогель з великою кількістю пір і каналів, що перетинаються. Крім пористості структура, створена в аерогелі, також має радіальну будову у вигляді розходяться від центру променів, «підглянуте» вченими у болотного кипарису. Ці дерева зазвичай зустрічаються на берегах водойм і річок, причому вони стоять прямо у воді. Така будова дозволяє їм швидко і високо піднімати воду по стовбуру.

Для створення радіальної структури вчені скористалися поширеним методом, що застосовується для цього завдання. Спочатку вчені створювали водний розчин мономера, крос-лінкера (речовини, що відповідає за «зшивання» мономерів у полімер) і фотоініціатора (речовини, що ініціює створення полімеру під дією опромінення). Потім цей розчин заливали в мідну трубку, занурену в заморожений етиловий спирт з температурою _ 90 градусів Цельсія.

Метод заснований на тому, що між краєм трубки і її центром утворюється температурний градієнт, уздовж якого відбувається кристалізація. Після цього отриману заморожену трубку опромінювали ультрафіолетом з довжиною хвилі 365 нанометрів, а потім піддавали сублімаційній сушці, при якій з трубки видаляється вода. На останньому етапі на один з кінців аерогельних трубок наносили багатостінні вуглецеві нанотрубки.

Випробування показали, що трубки з пористо-радіальною структурою працюють ефективніше трубок з іншою конструкцією - вони здатні підняти воду на сантиметр за секунду, на дев'ять сантиметрів за п'ять хвилин і на 28 сантиметрів за три години і десять хвилин. Крім того, кінець трубки з вуглецевими нанотрубками здатний створювати пар під дією опромінення з інтенсивністю два кілограми на квадратний метр поверхні на годину.

Крім капілярного підйому у вузьких каналах існують й інші незвичайні приклади поведінки рідини. У 2017 році фізики за допомогою симуляції показали, що, якщо скласти з поверхонь з різною змочуваністю сходинки, при певних параметрах крапля рідини може мимоволі почати підніматися вгору по цих сходинках.