Nano cihazlar, musluk suyu ve deniz suyunun buharlaşmasından enerji üretiyor

Buharlaşma o kadar yaygın olan doğal bir süreçtir ki çoğumuz bunu hafife alırız. Aslında Dünya'ya ulaşan güneş enerjisinin neredeyse yarısı buharlaşmayla sonuçlanıyor. 2017'den bu yana araştırmacılar, bir nano cihazın yüklü yüzeyinden bir sıvı geçirildiğinde elektriğin toplanmasına olanak tanıyan hidrovoltaik (HV) etki yoluyla buharlaşmanın enerji potansiyelinden yararlanmak için çalışıyorlar. Buharlaşma, pasif pompalama mekanizmaları görevi gören bu cihazların içindeki nanokanallar içerisinde sürekli bir akış oluşturur. Bu etki, kılcal basınç ve doğal buharlaşmanın birleşimi sayesinde su transferinin gerçekleştiği bitkilerin minik kılcal damarlarında da görülür.

Hidroelektrik cihazlar şu anda mevcut olmasına rağmen, nano ölçekte yüksek voltajlı enerji üretimini yöneten fiziksel koşullar ve olaylar hakkında çok az işlevsel anlayış bulunmaktadır. Enerji Teknolojisi Nanobilim Laboratuvarı başkanı Giulia Tagliabue, bunun bir bilgi eksikliği olduğunu söylüyor (L.Net) Mühendislik Fakültesi'nde ve doktora öğrencisi Tarık Anwar bu alanı doldurmak istedi. Yüksek voltajlı cihazları geliştirmek amacıyla sıvı akışlarını, iyon akışlarını ve katı-sıvı etkileşimlerinden kaynaklanan elektrostatik etkileri karakterize etmek için deneylerin ve çoklu fizik modellemenin bir kombinasyonundan yararlandılar.

“Yeni, son derece kontrollü platformumuz sayesinde, bu, farklı arayüzey etkileşimlerinin önemini vurgulayarak bu fotovoltaik olayları ölçen ilk çalışmadır. Ancak süreçte önemli bir bulguya da ulaştık: fotovoltaik cihazların büyük ölçekte çalışabileceği.” Tagliabue, “en iyi performans için yüksek saflıkta suyun gerekli olduğu yönündeki önceki anlayışla çelişen geniş bir tuzluluk aralığı” diyor.

LNET çalışması Yakın zamanda yayınlandı Bir hücre dergisi basın cihazında.

Çoklu fizik dedektör modeli

Araştırmacıların cihazı, kolloidal nanoküre litografisi adı verilen ve hassas aralıklarla yerleştirilmiş silikon nanosütunlardan oluşan altıgen bir ağ oluşturmalarına olanak tanıyan bir tekniğin ilk hidroelektrik uygulamasını temsil ediyor. Nano sütunlar arasındaki boşluk, sıvı numunelerin buharlaştırılması için ideal kanallar oluşturdu ve sıvı hapsinin ve katı/sıvı temas alanının etkilerinin daha iyi anlaşılması için ince ayar yapılabilir.

Anwar şöyle açıklıyor: “Tuz çözeltileri içeren çoğu sıvı sisteminde, eşit sayıda pozitif ve negatif iyon bulunur.” “Ancak, sıvıyı bir nanokanalla sınırlandırdığınızda, yalnızca yüzey yükünün polaritesine zıt polariteye sahip iyonlar geriye kalmak.” “Bu, sıvının nanokanaldan akmasına izin verirseniz bir akım ve voltaj üreteceğiniz anlamına gelir.”

Tagliabue, “Bu, nano cihazın yüzey yükünün kimyasal dengesinin, hidroelektrik cihazların çalışmasını bir salinometre aracılığıyla genişletmek için kullanılabileceğine dair önemli keşfimizden kaynaklanıyor” diye ekliyor. “Aslında, sıvı iyon konsantrasyonu arttıkça nanoaygıtın yüzey yükü de artıyor. Sonuç olarak, daha yüksek konsantrasyonlu sıvılarla çalışırken daha büyük sıvı kanalları kullanabiliriz. Bu, musluk suyuyla veya suyla kullanıma yönelik aygıtların üretilmesini kolaylaştırır. deniz suyu.” “Sadece saf suyun aksine.”

Su, her yer su

Buharlaşma, geniş bir sıcaklık ve nem aralığında ve hatta geceleri sürekli olarak meydana gelebildiğinden, daha verimli yüksek gerilim cihazları için pek çok heyecan verici potansiyel uygulama vardır. Araştırmacılar bu olasılığı İsviçre Ulusal Bilim Vakfı'nın desteğiyle keşfetmeyi umuyorlar Bursu başlatCenevre Gölü'nde gerçek dünya koşullarında bir prototip de dahil olmak üzere “büyük ve küçük ölçeklerde atık ısı geri kazanımı ve yenilenebilir enerji üretimi için tamamen yeni bir paradigma” geliştirmeyi amaçlayan .

Yüksek voltajlı cihazlar teorik olarak sıvının, hatta ter gibi nemin olduğu her yerde çalıştırılabildiğinden, akıllı TV'lerden giyilebilir sağlık ve fitness ürünlerine kadar bağlı cihazların sensörlerine güç sağlamak için de kullanılabilirler. LNET'in fotovoltaik enerji toplama ve depolama sistemlerindeki uzmanlığı sayesinde Tagliabue, aynı zamanda yüksek gerilim sistemlerinde yüzey yüklerini ve buharlaşma oranlarını kontrol etmek için ışık ve fototermal etkilerinin nasıl kullanılabileceğini öğrenmek konusunda da istekli.

Son olarak araştırmacılar, yüksek gerilim sistemleri ile temiz su üretimi arasında da önemli sinerjiler görüyorlar.

“Doğal buharlaşma, buharlaşan yüzey tarafından üretilen buharın yoğunlaştırılmasıyla tuzlu sudan tatlı suyun elde edilebildiği tuzdan arındırma süreçlerini yürütmek için kullanılıyor. Artık, aynı anda hem temiz su üretmek hem de elektrikten yararlanmak için yüksek voltajlı bir sistem kullanmayı hayal edebilirsiniz. zaman,” diye açıklıyor Anwar.