麻省理工学院开发的一种新材料结构通过吸收太阳来产生蒸汽。
这种结构——一层石墨薄片和底层的泡沫碳——是一种多孔的、漂浮在水上的绝缘材料结构。当阳光照射到这种结构的表面时，它会在石墨中产生一个热点，将水从材料的孔隙中吸上来，在那里水会以蒸汽的形式蒸发。光线越亮，产生的蒸汽越多。
这种新材料能够将85%的太阳能转化为蒸汽——这是最近太阳能蒸汽发电方法的一个重大改进。更重要的是，这个装置在这个过程中损失的热量很少，在相对较低的太阳强度下可以产生蒸汽。这意味着，如果规模扩大，这种装置可能不需要复杂、昂贵的系统来高度集中阳光。
麻省理工学院机械工程系的博士后Hadi Ghasemi说，这种海绵状结构可以用相对便宜的材料制成——这对于各种紧凑的蒸汽动力应用来说是一个特别的优势。
“蒸汽对脱盐、卫生系统和杀菌都很重要，”领导该结构开发的Ghasemi说。“特别是在偏远地区，太阳能是唯一的能源，如果你能用太阳能产生蒸汽，它将非常有用。”
Ghasemi和机械工程系主任陈刚，以及麻省理工学院的其他五个人，在杂志上报道了新的蒸汽产生结构的细节自然通讯．
降低光学浓度
今天，太阳能蒸汽发电涉及到大面积的镜子或透镜来集中入射的阳光，将大量液体加热到足够高的温度来产生蒸汽。然而，这些复杂的系统可能会经历显著的热损失，导致低效的蒸汽生成。
最近，科学家们通过开发新的太阳能接收器和纳米流体来探索提高太阳能热收集效率的方法。后一种方法是将水与纳米颗粒混合，纳米颗粒暴露在阳光下会迅速升温，使周围的水分子蒸发成蒸汽。但是，启动这个反应需要非常强烈的太阳能——大约是普通晴天的1000倍。
相比之下，麻省理工学院的方法产生的蒸汽的太阳强度大约是晴天的10倍，这是迄今为止报道的最低光学浓度。研究人员说，这意味着蒸汽产生应用程序可以在较低的阳光浓度和较便宜的跟踪系统下运行。
“这是降低成本的一个巨大优势，”Ghasemi说。“这对我们来说是令人兴奋的，因为我们想出了一种太阳能蒸汽发电的新方法。”
从早到晚
这个方法本身比较简单:因为蒸汽是在液体表面产生的，所以Ghasemi寻找一种既能有效吸收阳光又能在液体表面产生蒸汽的材料。
在对多种材料进行试验后，他选定了一种薄的双层圆盘状结构。它的顶层是由石墨制成的，研究人员将石墨放在微波炉中剥离。陈说，这种效果“就像爆米花”:石墨鼓起来，形成一团薄片。其结果是一种高度多孔的材料，能够更好地吸收和保留太阳能。
这种结构的底层是一种含有空气的碳泡沫，它可以使泡沫保持漂浮，并起到绝缘体的作用，防止热量流失到底层液体中。泡沫还包含非常小的孔，允许水通过毛细管作用爬上结构。
当阳光照射到这个结构时，它会在石墨层中产生一个热点，产生一个压力梯度，使水通过泡沫碳吸上来。当水渗入石墨层时，集中在石墨中的热量将水变成了蒸汽。这种结构的工作原理很像海绵，在炎热、阳光明媚的日子里，把它放在水中，可以不断地吸收和蒸发液体。
研究人员将其放置在一个水室中，并将其暴露在太阳模拟器(一种模拟不同强度太阳辐射的光源)下进行测试。他们发现，他们能够将85%的太阳能转化为蒸汽，太阳能强度是典型晴天的10倍。
Ghasemi说，根据使用的材料类型，这种结构可能会设计得更加高效。
“可以在这两层中使用不同的材料组合，从而在较低浓度下获得更高的效率，”Ghasemi说。“要在更大的系统中实现这一点，还有很多研究可以做。”
了下:•先进的材料
