Araştırmacılar, hidroelektrik etkiden yararlanan nano ölçekli cihazların, arıtılmış sudan daha yüksek iyon konsantrasyonuna sahip sıvıların buharlaşmasından elektrik toplayabildiğini ve kullanılmamış çok büyük bir enerji potansiyelini ortaya çıkardığını keşfettiklerini söylüyorlar.

Buharlaşma o kadar yaygın olan doğal bir süreçtir ki çoğumuz bunu hafife alırız. Aslında dünyaya ulaşan güneş enerjisinin kabaca yarısı buharlaşma süreçlerini tetikliyor. 2017'den bu yana araştırmacılar, hidrovoltaik (HV) etki yoluyla buharlaşmanın enerji potansiyelinden yararlanmak için çalışıyorlar; bu, akışkanın nano ölçekli bir cihazın yüklü yüzeyinden geçirilmesi sırasında elektriğin toplanmasına olanak tanıyor. Buharlaşma, pasif pompalama mekanizması görevi gören bu cihazların içindeki nanokanallar içerisinde sürekli bir akış oluşturur. Bu etki, kılcal basınç ve doğal buharlaşmanın birleşimi sayesinde suyun taşınmasının gerçekleştiği bitkilerin mikrokılcal damarlarında da görülür.

Hidrovoltaik cihazlar halihazırda mevcut olmasına rağmen, nano ölçekte HV enerji üretimini yöneten koşullar ve fiziksel olaylar hakkında çok az işlevsel anlayış mevcuttur. Bu, Mühendislik Fakültesi Enerji Teknolojisi için Nanobilim Laboratuvarı (LNET) başkanı Giulia Tagliabue ve doktora öğrencisi Tarique Anwar'ın doldurmak istediği bir bilgi boşluğu. HV cihazlarını optimize etmek amacıyla sıvı akışlarını, iyon akışlarını ve katı-sıvı etkileşimlerinden kaynaklanan elektrostatik etkileri karakterize etmek için deneylerin ve çoklu fizik modellemenin bir kombinasyonundan yararlandılar.

"Yeni, son derece kontrollü platformumuz sayesinde bu, çeşitli arayüzey etkileşimlerinin önemini vurgulayarak bu hidrovoltaik olayları ölçen ilk çalışmadır. Ancak süreçte önemli bir bulguya da ulaştık: hidrovoltaik cihazlar geniş bir tuzluluk aralığında çalışabiliyor; bu da en iyi performans için yüksek düzeyde saflaştırılmış suyun gerekli olduğu yönündeki önceki anlayışla çelişiyor" diyor Tagliabue.

LNET çalışması yakın zamanda Cell Press dergisi Device'da yayınlandı.

Açıklayıcı bir çoklu fizik modeli
Araştırmacıların cihazı, nanosfer koloidal litografi adı verilen bir tekniğin ilk hidrovoltaik uygulamasını temsil ediyor ve bu, onların hassas aralıklarla yerleştirilmiş silikon nanosütunlardan oluşan altıgen bir ağ oluşturmasına olanak tanıyor. Nano sütunlar arasındaki boşluklar, sıvı numunelerinin buharlaştırılması için mükemmel kanalları oluşturdu ve sıvı hapsinin ve katı/sıvı temas alanının etkilerinin daha iyi anlaşılması için ince ayar yapılabilir.

"Tuzlu su çözeltileri içeren akışkan sistemlerin çoğunda eşit sayıda pozitif ve negatif iyon bulunur. Ancak sıvıyı bir nanokanalla sınırlandırdığınızda, yalnızca yüzey yükünün zıt kutuplarına sahip iyonlar kalacaktır" diye açıklıyor Anwar. "Bu, sıvının nanokanaldan akmasına izin verirseniz akım ve voltaj üreteceğiniz anlamına gelir."

Tagliabue, "Bu, hidrovoltaik cihazların tuzluluk ölçeği boyunca çalışmasını genişletmek için nano cihazın yüzey yükünün kimyasal dengesinden yararlanılabileceğine dair temel bulgumuza geri dönüyor" diye ekliyor. "Aslında sıvı iyon konsantrasyonu arttıkça nano cihazın yüzey yükü de artıyor. Sonuç olarak, daha yüksek konsantrasyonlu sıvılarla çalışırken daha büyük sıvı kanallarını kullanabiliyoruz. Bu, yalnızca arıtılmış su yerine musluk veya deniz suyuyla kullanılacak cihazların üretilmesini kolaylaştırıyor."

Her yerde su, su
Buharlaşma çok çeşitli sıcaklık ve nem aralıklarında ve hatta geceleri sürekli olarak meydana gelebildiğinden, daha verimli HV cihazları için birçok heyecan verici potansiyel uygulama vardır. Araştırmacılar, bu potansiyeli, gerçek anlamda bir prototip modülü de dahil olmak üzere "büyük ve küçük ölçeklerde atık ısının geri kazanımı ve yenilenebilir enerji üretimi için tamamen yeni bir paradigma" geliştirmeyi amaçlayan İsviçre Ulusal Bilim Vakfı Başlangıç ​​Hibesinin desteğiyle keşfetmeyi umuyorlar. -Cenevre Gölü'ndeki dünya koşulları.

Ve HV cihazları teorik olarak sıvının, hatta ter gibi nemin olduğu her yerde çalıştırılabildiğinden, akıllı TV'lerden sağlık ve fitness giyilebilir cihazlarına kadar bağlı cihazların sensörlerine güç sağlamak için de kullanılabilirler. LNET'in ışık enerjisi toplama ve depolama sistemlerindeki uzmanlığıyla Tagliabue, aynı zamanda HV sistemlerinde yüzey yüklerini ve buharlaşma oranlarını kontrol etmek için ışık ve fototermal etkilerin nasıl kullanılabileceğini görmek konusunda da istekli.

Son olarak araştırmacılar HV sistemleri ile temiz su üretimi arasında da önemli sinerjiler görüyorlar.

"Tuzdan arındırma işlemlerini yürütmek için doğal buharlaşma kullanılıyor, çünkü buharlaştırıcı bir yüzey tarafından üretilen buharın yoğunlaştırılmasıyla tuzlu sudan tatlı su elde edilebiliyor. Artık aynı anda hem temiz su üretmek hem de elektriği kullanmak için bir HV sistemi kullanmayı hayal edebiliyorsunuz” dedi Anwar.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://envirotecmagazine.com/2024/03/12/nanodevices-can-produce-energy-from-evaporating-tap-or-seawater/