Вода покрывает большую часть земного шара, однако многие регионы по-прежнему страдают от нехватки чистой питьевой воды. Если бы ученые могли эффективно и устойчиво превращать морскую воду в чистую, можно было бы предотвратить надвигающийся глобальный водный кризис. Теперь, вдохновленные оригами, японским искусством складывания бумаги, исследователи разработали солнечный парогенератор, эффективность которого приближается к 100% для производства чистой воды. Они сообщают о своих результатах в ACS Applied Materials & Interfaces.
Солнечные парогенераторы производят чистую воду, преобразуя энергию солнца в тепло, которое испаряет морскую воду, оставляя после себя соли и другие примеси. Затем пар собирается и конденсируется в чистую воду. Существующие солнечные парогенераторы содержат плоский фототермический материал, который выделяет тепло из поглощенного света. Хотя эти устройства довольно эффективны, они все же теряют энергию из-за отвода тепла от материала в воздух. Пэн Ван и его коллеги задались вопросом, смогут ли они повысить энергоэффективность, разработав трехмерный фототермический материал. Они основали свою структуру на сгибе оригами Миура, состоящем из взаимосвязанных параллелограммов, образующих «горы» и «долины» в трехмерной структуре.
Исследователи сделали свой солнечный парогенератор, нанеся светопоглощающий наноуглеродный композит на целлюлозную мембрану, имеющую форму складки Миуры. Они обнаружили, что их 3D-устройство имело скорость испарения на 50% выше, чем плоское 2D-устройство. Кроме того, эффективность 3D-структуры приблизилась к 100 процентам по сравнению с 71 процентом для 2D-материала. Исследователи говорят, что по сравнению с плоской поверхностью «долины» оригами лучше улавливают солнечный свет, поэтому меньше теряется при отражении. Кроме того, тепло может перетекать из долин в более прохладные «горы», испаряя воду по пути вместо того, чтобы рассеиваться в воздухе.