MIT开发超声波技术：迅速从空气提取干净水分的新方法

来自 实验室仪器网

MIT利用超声波技术，创造了一种强大的技术，能够提取并转化空气中的水分为干净的水。工程师们开发出一种快速从大气水收集材料中提取水分的方法。团队没有依赖太阳蒸发水分，而是利用超声波将水驱散。

即使在干旱环境中，也可以通过适当材料吸收和提取一定程度的湿度，从而获得干净的饮用水。近年来，研究人员为这一过程创造了多种创新的海绵状材料，称为“大气水收集”。

然而，从这些材料中提取水分通常需要热量和时间。目前的设计依赖太阳能蒸发材料中的水分，随后将其凝结成水滴。然而，这一过程可能持续数小时甚至数天。研究人员创造了一种高频率振动的超声波装置。

当一种称为“吸附剂”的集水材料放置在装置上时，它会发射经过专门校准的超声波，以将吸附剂中的水分子从水中移出。团队发现该装置可在几分钟内回收水，而热能系统需要数十分钟或数小时。与热基设计不同，该装置需要电源。团队预计，紧凑型太阳能电池既能提供必要的电力，又能作为传感器判断吸附剂何时达到容量。

此外，还可以编程在材料吸收足够水分以供提取时自动激活。因此，该系统可以在一天内多次持续吸收和释放空气中的水分。人们一直在寻找从大气中收集水的方法，大气可能是重要的水源，尤其是在沙漠地区和甚至没有盐水可淡化的地方。现在我们有了快速高效回收水的方法。

团队研究了大气水收集（AWH）以及能够有效吸收空气水分材料的设计。目标是，如果这些系统能够可靠运行，AWH技术将极大惠及那些传统饮用水甚至盐水资源有限的社区。

与其他研究团队类似，实验室通常假设在野外部署的AWH系统会在夜间捕获水分，白天利用太阳能热量蒸发水分并冷凝，以供自然收集。任何擅长捕捉水分的材料都不愿意放弃这些水分。所以你需要投入大量精力和宝贵的时间来从材料中抽水。

超声波指的是传播频率超过20千赫（每秒20,000次）的声压波。这些高频波对人类既看不见也听不到。此外，团队发现超声波以最佳频率振动，以将水分从材料中挤出。

一种新型超声波执行器，旨在从大气中收集水的材料中提取水分。该装置的核心是一个平面陶瓷环，电压施加时会振动。该环被一个外环环绕，外环有许多小喷嘴。从材料中脱落的水滴可通过喷嘴落入振动环上下的收集容器中。

团队对一种先前开发的大气水收集材料进行了测试。他们利用该材料的四分之一大小样品，最初将每个样品置于湿度舱内，并根据不同湿度水平进行调整。随着时间推移，样品吸收水分并达到饱和状态。随后，研究人员将每个样品放置在超声波执行器上，并激活其以超声波频率振动。在每一次情况下，装置都能成功排出足够的水分，使每个样品在几分钟内干燥。

研究人员估计，与使用太阳能相比，超声波设计在从同一材料中提取水的效率是其45倍。这种装置的美妙之处在于它完全互补，可以作为几乎任何吸附材料的附加部件，科研人员设想了一个实用的家用系统，可能由快速吸收材料和一个超声波执行器组成，每个装置大小约为一扇窗户。

一旦材料达到饱和状态，执行器会瞬间激活，利用太阳能电池的能量排出水分。随后，材料将被准备收集更多水分，并在一天内经历多个循环。

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