Lasers graban una forma simple de abordar la crisis mundial del agua
En medio de la pandemia de coronavirus, las personas en los países desarrollados tienen asegurado un amplio suministro de agua limpia para lavarse las manos tan a menudo como sea necesario para protegerse de la enfermedad. Y, sin embargo, casi un tercio de la población mundial ni siquiera tiene la seguridad de la limpieza.agua para beber
Los investigadores de la Universidad de Rochester ahora han encontrado una manera de abordar este problema utilizando la luz solar, un recurso al que todos pueden acceder, para evaporar y purificar el agua contaminada con una eficiencia superior al 100 por ciento.
¿Cómo es esto posible?
En un papel en Sostenibilidad de la naturaleza , investigadores en el laboratorio de Chunlei Guo, profesor de óptica, demuestran cómo un estallido de pulsos láser de femtosegundo graba la superficie de una lámina normal de aluminio en un material súper absorbente que atrae el agua y que absorbe la energía.
Cuando se coloca en agua en un ángulo orientado hacia el sol, la superficie :
"Estas tres cosas juntas permiten que la tecnología funcione mejor que un dispositivo ideal con una eficiencia del 100 por ciento", dice Guo, quien también está afiliado a los programas de Física y Ciencia de Materiales de la Universidad. "Esta es una manera simple, duradera y económica deabordar la crisis mundial del agua, especialmente en las naciones en desarrollo "
Los experimentos del laboratorio muestran que el método reduce la presencia de todos los contaminantes comunes, como detergentes, colorantes, orina, metales pesados y glicerina, a niveles seguros para beber.
La tecnología también podría ser útil en los países desarrollados para aliviar la escasez de agua en las zonas afectadas por la sequía y para proyectos de desalinización de agua, dice Guo.
Fácil de limpiar, fácil de apuntar
El uso de la luz solar para hervir ha sido reconocido como una forma de eliminar los patógenos microbianos y reducir las muertes por infecciones diarreicas. Pero el agua hirviendo no elimina metales pesados y otros contaminantes.
Sin embargo, la purificación de agua basada en energía solar puede reducir en gran medida estos contaminantes porque casi todas las impurezas quedan atrás cuando el agua que se evapora se vuelve gaseosa y luego se condensa y se recoge.
El método más común de evaporación de agua con base solar es el calentamiento por volumen, en el que se calienta un gran volumen de agua pero solo la capa superior puede evaporarse. Esto es obviamente ineficiente, dice Guo, porque solo una pequeña fracción de la energía de calentamientose acostumbra
Un enfoque más eficiente, llamado calentamiento interfacial, coloca materiales flotantes, absorbentes y absorbentes de varias capas encima del agua, de modo que solo el agua cerca de la superficie necesita ser calentada. Pero todos los materiales disponibles tienen que flotar horizontalmente en la parte superiordel agua y no puede enfrentar el sol directamente, dice Guo. Por lo tanto, el enfoque es menos eficiente energéticamente. Además, los materiales absorbentes disponibles se obstruyen rápidamente con los contaminantes que quedan después de la evaporación, lo que requiere un reemplazo frecuente de los materiales.
El panel desarrollado por el laboratorio Guo evita estas ineficiencias al extraer una capa delgada de agua del depósito y directamente sobre la superficie del absorbedor solar para el calentamiento y la evaporación. "Además, debido a que utilizamos una superficie con ranuras abiertas, es muyfácil de limpiar simplemente rociándolo ", dice Guo.
"La mayor ventaja", agrega, "es que el ángulo de los paneles se puede ajustar continuamente para enfrentar directamente al sol a medida que sale y luego se mueve a través del cielo antes de ponerse", maximizando la absorción de energía ". Hubosimplemente nada más parecido a lo que podemos hacer aquí ", dice Guo.
Último en serie de aplicaciones
El proyecto fue apoyado por fondos de la Fundación Bill y Melinda Gates, la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Investigación del Ejército de los EE. UU.
"El Ejército y sus guerreros corren sobre el agua, por lo que hay un interés particular en la investigación de materiales básicos que podría conducir a tecnologías avanzadas para generar agua potable", dijo Evan Runnerstrom, gerente de programa, Oficina de Investigación del Ejército, un elemento del Ejército de los EE. UU.Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate. "Las propiedades de absorción de la luz y superrreloj de estas superficies de aluminio pueden permitir la purificación de agua pasiva o de baja potencia para sostener mejor al guerrero en el campo".
Además de utilizar la tecnología de grabado láser de femto-segundo para crear metales superhidrofóbicos repelentes al agua, superhidrófilos que atraen el agua y que absorben la energía súper, el laboratorio Guo ha creado estructuras metálicas que no se hunden sin importar la frecuenciaforzado al agua o cuánto está dañado o perforado.
Antes de crear el metal que atrae y repele el agua, Guo y su asistente, Anatoliy Vorobyev, demostraron el uso de pulsos láser de femto-segundo para convertir casi cualquier tono de metal negro. Las estructuras de superficie creadas en el metal fueron increíblemente efectivas para capturarradiación, como la luz, pero también capturaron la luz en un amplio rango de longitudes de onda.
Posteriormente, su equipo utilizó un proceso similar para cambiar el color de una gama de metales a varios colores, como azul, oro y gris. Las aplicaciones podrían incluir la fabricación de filtros de color y dispositivos espectrales ópticos, utilizando un solo láser en unfábrica de automóviles para producir automóviles de diferentes colores; o proponiendo un anillo de compromiso dorado que combine con el color de los ojos azules de su prometida.
El laboratorio también utilizó la técnica inicial de metal negro y de color para crear una matriz única de estructuras de nano y microescala en la superficie de un filamento de tungsteno regular, lo que permite que una bombilla brille más intensamente con el mismo uso de energía.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rochester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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