江蘇雷射聯盟導讀：想要在資源匱乏的地區提供清潔的飲用水，尤其是作戰，乾旱和有汙染的區域，顯然是一項巨大的挑戰。不過美國陸軍作戰能力司令部和羅切斯特大學的研究團隊，已經提出了一套新穎的解決方案。採用飛秒雷射在通常的鋁合金表面進行發黑處理，通過太陽能來實現高效淨水。鑑於太陽能本身就可以消滅水生病原體，且能夠為低成本的淨水器供電，這套方案成本低，效率高。
圖解：雷射腐刻的，能量吸收的，導水金屬表面，持續的一直與太陽光成直角，提供了一個廉價的，有效的途徑來利用太陽光來純化水，這一技術是美國羅切斯特大學的Chunei Guo實驗室所發展的。
通過使用超快雷射來轟擊金屬表面來腐刻金屬，羅切斯特大學的研究人員為大家展示了一個技術來純化水，而不會浪費能源。
目前，新冠疫情持續肆虐，在發達國家，都在期待著充足的清潔水的供應來經常洗手以保護他們不受新冠的侵擾。但比較遺憾的是，幾乎世界上的三分之一的人口甚至還不能滿足飲用乾淨水的這一需求。
羅切斯特大學的研究人員現在找到了一個新的辦法來使用太陽光解決一個問題——一個能源幾乎是任何人都可以獲得的——通過蒸發和淨化汙染的水，效率可以超過100%。
這如何成為可能？
羅切斯特大學的研究人員在期刊《Nature Sustainability》上發表了一篇論文，實驗室的研究人員Chunlei Guo，是光學教授，顯示了如何使用飛秒雷射脈衝來轟擊鋁合金的正常的金屬表面蝕刻形成超芯（即吸水），超級能量吸收的材料。
當將鋁合金材料放置在水中同太陽成一定角度的時候：
在金屬的表面的一層薄膜上吸收水；保留幾乎100%的從太陽所吸收的能量，並迅速的加熱水；與此同時改變水的分子的分子間鍵，從而進一步的顯著的增加蒸發的效率基於SWSA 表面的界面太陽能加熱
這三個事情組合在一起使得該技術可以比一個理想的器件在100%的效率的情況下的效率還要理想，Guo說到，他同時還是該大學的物理和材料科學項目的研究成員。
使用太陽光來進行蒸發在很長的一段時期內被認為是一種排除微生物致病體和減少腹瀉感染致死的途徑。但沸騰的水並不會排除重金屬和其他汙染物。
該實驗室的實驗表明他們的新的辦法可以減少幾乎所有的常見的汙染物，如洗滌劑，染料，尿，重金屬和甘油，直至到一個安全的飲用水平。
這一技術同時還可以用在發達國家來緩解水資源在乾旱地區的水缺乏，以及水脫鹽工程的地區，Guo說到。
太陽能為基礎的水淨化：尋找一個有效的辦法：
太陽能為基礎的水淨化可以極大的減少汙染，這是因為幾乎所有的汙染物在蒸發水之後變成氣體留下來的是汙染物，然後直接收集固態的殘留物。
最常見的太陽能為基礎的水蒸發是體積加熱的辦法，就是一種大體積容量的水進行加熱，但只有上層會發生蒸發。這一辦法明顯的效率比較底下，Guo說到，這是因為只有加熱的過程中的很少的一部分熱能被吸收了。
一個更加有效的蒸發辦法，稱之為界面加熱的辦法，採用浮置的辦法，多層吸收和在水的頂部放置導汗材料，因此只有靠近表面的水需要進行加熱。但比較有效的材料均不得不平行的漂浮在水的上面和不能直接面對太陽的輻照。而且，有效的導汗材料變得迅速的被留存下來的汙染物在蒸發後所阻塞。
Guo實驗室所發展的平板避免了這些效率低下的問題，採取一薄層水從儲水池中抽取一薄層的水並直接放置在太陽能的表面吸收板上用於加熱和蒸發，而且，由於我們採用了一個開槽的表面，它就非常容易通過簡單的噴射來進行清理，Guo說到。
最大的優勢，他補充說到，就是平板的角度可以一直進行調整同太陽成直角，這就有利於升起和在設置前進行運動，從而最大程度的發揮能量吸收的優勢。
這一技術非常簡單，易於操作實踐，Guo說到。
最近的一系列的應用
Guo，是該大學的物理和材料學項目的成員，在很長的一段時間內致力於人道主義慈善的應用，以有效的進行太陽能純化水的技術，這是一種簡單，耐用和成本低廉的辦法來解決全球水危機的辦法，尤其是在發展中國家，尤其重要。
軍隊和他們的作戰人員是同水在賽跑的，因此，尤其對於基礎材料的研究非常重要，這會導致使用先進的技術來產生飲用水， Evan Runnerstrom說到，他是項目經理，軍隊研究辦公室的成員，這一機構是美國陸軍作戰能力發展司令部的一個部門。導汗材料和這些鋁合金表面的光吸收性質也許可以使得鈍化或低功率的水淨化以更好的保證野外的作戰能力。
除了使用飛秒雷射蝕刻技術來製造出超疏水（即防水），超親水（即吸水）和超級能量吸收的金屬，Guo的實驗室製造出金屬結構來不需要下沉，不管他們如何經常被浸入水中或不管它是否會損壞或者被刺穿。
在製造出吸收水和排斥金屬之前，Guo及其他的助理Anatoliy Vorobyev，展示了使用飛秒雷射來使得幾乎任何的金屬變黑。金屬表面的結構在捕獲輻照來的輻射光這一方面是非常有效的，諸如光。但他們同時也會捕獲一個很寬廣範圍內的波長的光。
使用後SWSA Al來進行太陽能為基礎的水蒸發
緊接著，他的團隊將使用一個相似的工藝來改變金屬的表面顏色至不同的顏色，諸如藍色，金色以及灰色等。這一應用包括顏色過濾器和光學光譜器件，如在一個汽車製造廠使用一個單一的雷射就可以製造出不同的汽車的顏色，或者提議用一個黃金訂婚戒指來匹配你的未婚妻的藍眼睛。
圖解: 研究人員發展了一個雷射加工技術來使得常規的鋁合金表面發黑，使得可以高效的吸收，與此同時實現超級導汗。他們然後就將這一超級吸收和超級導汗的鋁合金用於太陽能水淨化
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實驗室同時使用初始的黑色和豐富顏色的金屬技術在一個通常的鎢絲表面來製造出一個獨特的納米和微納結構的排列，使得燈泡可以在使用同樣的能量的前提下變得更亮。
文章來源: 「Solar-trackable super-wicking black metal panel for photothermal water sanitation」 by Subhash C. Singh, Mohamed ElKabbash, Zilong Li, Xiaohan Li, Bhabesh Regmi, Matthew Madsen, Sohail A. Jalil, Zhibing Zhan, Jihua Zhang and Chunlei Guo, 13 July 2020, Nature Sustainability.