محققان می گویند که آنها کشف کرده اند که دستگاه های نانومقیاس که از اثر هیدروالکتریک بهره می برند می توانند الکتریسیته را از تبخیر مایعات با غلظت یون بالاتر از آب تصفیه شده جمع آوری کنند و پتانسیل انرژی بکر گسترده ای را آشکار کنند.
تبخیر یک فرآیند طبیعی است که بسیار فراگیر است که اکثر ما آن را بدیهی می دانیم. در واقع، تقریباً نیمی از انرژی خورشیدی که به زمین می رسد، فرآیندهای تبخیر را هدایت می کند. از سال 2017، محققان در تلاش هستند تا از پتانسیل انرژی تبخیر از طریق اثر هیدروولتائیک (HV) استفاده کنند، که اجازه می‌دهد تا زمانی که سیال از روی سطح باردار یک دستگاه نانومقیاس عبور می‌کند، الکتریسیته برداشت شود. تبخیر یک جریان پیوسته را در نانو کانال‌های داخل این دستگاه‌ها ایجاد می‌کند که به عنوان مکانیزم پمپاژ غیرفعال عمل می‌کنند. این اثر در ریز مویرگ های گیاهان نیز دیده می شود، جایی که انتقال آب به لطف ترکیبی از فشار مویرگی و تبخیر طبیعی اتفاق می افتد.
اگرچه دستگاه‌های هیدروولتائیک در حال حاضر وجود دارند، درک عملکردی بسیار کمی از شرایط و پدیده‌های فیزیکی حاکم بر تولید انرژی HV در مقیاس نانو وجود دارد. این یک شکاف اطلاعاتی است که Giulia Tagliabue، رئیس آزمایشگاه علوم نانو برای فناوری انرژی (LNET) در دانشکده مهندسی، و دانشجوی دکترا Tarique Anwar می خواستند پر کنند. آنها ترکیبی از آزمایش‌ها و مدل‌سازی چندفیزیکی را برای توصیف جریان‌های سیال، جریان‌های یونی و اثرات الکترواستاتیکی ناشی از فعل و انفعالات جامد و مایع با هدف بهینه‌سازی دستگاه‌های HV به کار گرفتند.
به لطف پلتفرم جدید و بسیار کنترل‌شده ما، این اولین مطالعه‌ای است که این پدیده‌های هیدروولتائیک را با برجسته کردن اهمیت برهمکنش‌های مختلف سطحی کمیت می‌کند. اما در این فرآیند، ما همچنین به یک یافته بزرگ دست یافتیم: این که دستگاه های هیدروولتائیک می توانند در طیف وسیعی از شوری ها کار کنند، که با درک قبلی مبنی بر اینکه آب بسیار تصفیه شده برای بهترین عملکرد مورد نیاز است، تناقض دارد.
مطالعه LNET اخیراً در مجله Cell Press Device منتشر شده است.
یک مدل چندفیزیکی آشکار
دستگاه محققان اولین کاربرد هیدروولتائیک تکنیکی به نام لیتوگرافی کلوئیدی نانوکره را نشان می دهد که به آنها اجازه می دهد یک شبکه شش ضلعی از نانو ستون های سیلیکونی با فاصله دقیق ایجاد کنند. فضاهای بین نانوستون‌ها کانال‌های مناسبی را برای تبخیر نمونه‌های سیال ایجاد می‌کنند و می‌توانند برای درک بهتر اثرات محصور شدن سیال و ناحیه تماس جامد/مایع، به خوبی تنظیم شوند.
در اکثر سیستم های سیال حاوی محلول های نمکی، تعداد یون های مثبت و منفی برابر است. با این حال، وقتی مایع را به یک کانال نانو محدود می‌کنید، تنها یون‌هایی با قطبیت مخالف بار سطحی باقی می‌مانند.» این بدان معناست که اگر اجازه دهید مایع از طریق نانوکانال جریان یابد، جریان و ولتاژ تولید خواهید کرد.
Tagliabue می‌افزاید: «این به یافته‌های اصلی ما برمی‌گردد که از تعادل شیمیایی برای بار سطحی نانودستگاه می‌توان برای گسترش عملکرد دستگاه‌های هیدروولتائیک در مقیاس شوری استفاده کرد. در واقع، با افزایش غلظت یون سیال، بار سطحی نانودستگاه نیز افزایش می‌یابد. در نتیجه، می‌توانیم از کانال‌های سیال بزرگ‌تر در حین کار با سیالات با غلظت بالاتر استفاده کنیم. این کار ساخت دستگاه‌هایی را برای استفاده با شیر یا آب دریا آسان‌تر می‌کند، نه تنها آب تصفیه‌شده.»
آب، آب در همه جا
از آنجا که تبخیر می تواند به طور مداوم در طیف گسترده ای از دما و رطوبت - و حتی در شب - رخ دهد - کاربردهای بالقوه هیجان انگیز زیادی برای دستگاه های HV کارآمدتر وجود دارد. محققان امیدوارند این پتانسیل را با حمایت از بنیاد ملی علوم سوئیس شروع کنند، که هدف آن توسعه «الگویی کاملاً جدید برای بازیابی گرمای زباله و تولید انرژی تجدیدپذیر در مقیاس بزرگ و کوچک» است، از جمله یک ماژول نمونه اولیه تحت واقعی شرایط جهانی دریاچه ژنو
و از آنجایی که دستگاه‌های HV از نظر تئوری می‌توانند در هر جایی که مایع وجود دارد - یا حتی رطوبت، مانند عرق - کار کنند، می‌توانند برای تامین انرژی حسگرهای دستگاه‌های متصل، از تلویزیون‌های هوشمند گرفته تا پوشیدنی‌های سلامت و تناسب اندام، استفاده شوند. با تخصص LNET در سیستم‌های جمع‌آوری و ذخیره‌سازی انرژی نور، Tagliabue همچنین مشتاق است تا ببیند چگونه می‌توان از اثرات نور و فتوترمال برای کنترل بارهای سطحی و نرخ تبخیر در سیستم‌های HV استفاده کرد.
در نهایت، محققان همچنین هم افزایی مهمی بین سیستم های HV و تولید آب پاک مشاهده می کنند.
تبخیر طبیعی برای هدایت فرآیندهای نمک زدایی استفاده می شود، زیرا آب شیرین را می توان از آب شور با متراکم کردن بخار تولید شده توسط یک سطح تبخیری برداشت کرد. اکنون، می توانید تصور کنید که از یک سیستم HV هم برای تولید آب تمیز و هم برای مهار برق به طور همزمان استفاده کنید.»
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
- PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
- PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
- منبع: https://envirotecmagazine.com/2024/03/12/nanodevices-can-produce-energy-from-evaporating-tap-or-seawater/
