研究人员发明生物启发式 3D 打印太阳能蒸汽发生器用于海水淡化

Josiah01 · 发表于 2024-7-24 09:58:21

　　面对全球即将出现的淡水短缺问题，新加坡的一个研究小组转向使用太阳能蒸汽发生器 (SSG)，这是一种很有前途的海水淡化设备。海水淡化可能是一种成本高昂、能源密集型的解决水资源短缺的方法。
　　这种可再生能源方法模仿了自然界的水循环，利用太阳能蒸发和分离水。然而，该技术受到限制，因为需要制造复杂的拓扑结构来增加实现高水蒸发效率所需的表面积。
　　为了克服这一障碍，该团队从树木中寻找设计灵感，并充分利用了 3D 打印的潜力。在《应用物理评论》中，该团队介绍了一种用于生产高效海水淡化 SSG 的先进技术，并介绍了一种用于多喷射熔合 (MJF) 的功能性纳米复合材料的新型打印方法。
　　南洋理工大学机械工程学教授周昆表示：“我们创造了具有卓越光热性能和自清洁性能的 SSG。”
　　“使用树状多孔结构可显著提高水的蒸发率，并通过防止盐分积聚来确保连续运行——即使经过长时间测试，其性能仍保持相对稳定。”
　　该方法背后的物理原理涉及光能到热能的转换，SSG 吸收太阳能，将其转化为热量，然后蒸发水/海水。SSG 的多孔结构有助于通过去除积聚的盐来提高自清洁能力，从而确保持续的海水淡化性能。
　　“通过使用有效的光热熔剂，MJF 打印技术可以快速制造出具有复杂设计的部件，”他说。“为了提高熔剂和打印部件的光热转换效率，我们开发了一种源自金属有机骨架的新型熔剂。”
　　他们的 SSG 受到植物蒸腾作用的启发，由微型树形微结构组成，形成了高效的热量分布森林。
　　“我们的仿生设计增加了 SSG 的表面积，”周说。“采用树状设计增加了 SSG 的表面积，从而增强了水的输送，提高了蒸发效率。”
　　令人吃惊的是，在模拟环境和现场试验中都观察到了较高的水分蒸发率。即使经过长时间的测试，淡化水也始终符合饮用水标准。
　　“这证明了我们的方法的实用性和效率，”周说。“而且它可以通过 MJF 商业打印机快速轻松地进行批量生产。”
　　该团队的工作显示出解决淡水短缺问题的巨大潜力。
　　周先生说：“我们的 SSG 可用于淡水资源有限的地区，提供可持续、高效的海水淡化解决方案。除了海水淡化之外，它还可以用于需要高效太阳能转换和水净化的其他应用。”

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