利用凸透镜原理能将太阳能海水淡化系统效率提高50%以上

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作者:Rice University

莱斯大学的太阳能洁净厂房海水的方式在阳光和纳米颗粒的作用下比它的创造者们最初认为的更有效。

莱斯大学纳米光子学实验室(LANP)的研究人员本周表示,若果增加便宜的塑料透镜将阳光集中到“热点”中,就可不时需将太阳能海水淡化系统的数率提高150%以上。研究结果可在《美国国家科学院院院刊》在线获得。

“提高太阳能驱动系统性能的典型方式是增加太阳能浓缩器并引入更多的光,”Pratiksha Dongare说,他是莱斯布朗工程学院应用物理研究生,也是论文的一起去作者。“这里最大的区别是亲戚朋友使用的是相同数量的光。亲戚朋友就说 证明,以低廉的价格重新分配电能并大幅提高纯净水的生产数率是就说 的。”

在传统的膜蒸馏中,热水、盐水流过片状膜的一侧,而冷水、过滤水流过另一侧。温差产生蒸汽压差,将水蒸汽从加热侧通过膜推向冷却器、低压侧。扩大这项技术的规模是困难的,就说 膜上的温差——以及由此产生的洁净厂房水的输出——会随着膜的尺寸的增大而减小。赖斯的“纳米光子学使太阳能膜蒸馏”(NESMD)技术通过使用光吸收纳米颗粒将膜本身生活转化为太阳能驱动的加热元件来出理 你这个哪些的疑问。

Dongare和他的同事,包括该项研究的合著者Alessandro Alabastri,在亲戚朋友的膜的顶层涂上了低成本的,商业上可买到的纳米粒子,哪些纳米粒子可不时需将超过150%的太阳能转化为热能。太阳能驱动的纳米颗粒加热降低了生产成本,莱斯大学的工程师正在努力扩大这项技术的应用范围,使其应用于电力过低的偏远地区。

NESMD中使用的概念和粒子在2012年由LANP主管Naomi Halas和研究科学家Oara Neumann首次证明,亲戚朋友全部前会 这项新研究的一起去作者。在本次的研究中,Halas、Dongare、Alabastri、Neumann和LANP的物理学家Peter Nordlander发现,亲戚朋友可不时需利用入射光数率和蒸汽压之间固有的和很久未被发现的非线性关系。

Alabastri是一位物理学家,也是德州仪器研究部的助理教授,他在莱斯大学的电气和计算机工程系。他用另有二个简单的数学例子来描述线性和非线性关系之间的区别。“就说 你取任意另有二个等于10的数——7和3,5和5,6和4——就说 你把它们加在一起去,你总会得到10。就说 就说 过程是非线性的,因此 你在加在很久将它们平方,甚至是立方。就说 亲戚朋友有9和1,那就说 9的平方,就说 81,加在1的平方,等于82。这远远好于10,这是线性关系的最佳取舍。”

在NESMD的例子中,非线性改进来自于将阳光集中到微小的地方,就像另有二个孩子在阳光明媚的日子拿着放大镜一样。将光集中在膜上的另有二个小点上会意味着热量线性增加,但反过来,加热会产生蒸汽压力的非线性增加。增加的压力迫使更多的洁净厂房蒸汽在更短的时间内通过膜。

Alabastri说:“亲戚朋友发现,在较小的区域拥有更多的光子总比光子在整个薄膜上均匀分布要好。”

化学家和工程师Halas在光激活纳米材料的应用上花费了25年的时间,他说:“你这个非线性光学过程提供的数率非常重要,就说 缺水是世界上共要一半人的日常生活,而高效的太阳能蒸馏可不时需改变你这个点。”

Halas还说道:“除了水洁净厂房,你这个非线性光学效应还可不时需改善利用太阳能加热来驱动光催化等化学过程的技术。”

之类,LANP正在开发本身生活铜基纳米颗粒,用于在环境压力下将氨转化为氢燃料。

Halas是斯坦利·C·摩尔(Stanley C.Moore)的电子计算机工程教授,莱斯斯莫利·库尔研究所所长,化学、生物工程、物理和天文学、材料科学和纳米工程教授。

NESMD正在莱斯纳米技术水出理 中心(NEWT)进行开发,并于2018年获得了能源部太阳能淡化项目的研发资金。

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