冷凝器单元（左）；正在滴水的冷凝器单元放大图（右） 。
如何获取清洁的水资源？这是个全球性问题 。 即使在水资源充足的地区 ， 由于基础设施或可靠能源的缺乏 ， 净化水源也是极其困难的 。
3月31日 ， 美国纽约州立水牛城大学（UB）和威斯康辛大学麦迪逊分校的工程师们在《美国国家科学院院刊》上描述了一种新型的水蒸汽冷凝器 。 与其他只能在夜间工作的辐射蒸汽冷凝器不同 ， 新的冷凝器可在阳光直射下工作 ， 而且不需要任何能量输入 ， 因此具有革命性意义 。
“在过去的几年里 ， 我们一直在研究太阳能驱动的水蒸发技术 ， 现在 ， 我们正在解决水循环的第二部分——凝结 。 ”论文的通讯作者、UB的电气工程教授Qiaoqiang Gan博士说 。
“如何获得可持续的水资源是一个全球性难题 ， 如果不解决能源问题 ， 就难以解决水的问题 。 ”论文的另一位通讯作者、威斯康辛大学麦迪逊分校电子与计算机工程的副教授Zongfu Yu博士说 。
辐射冷却的想法其实并不新鲜 ， 自然界中的很多昆虫都在使用这种方式 ， 比如生活在非洲沙漠的拟步甲 。 在环境温度凉爽的晴朗夜晚 ， 拟步甲的外壳会在中红外范围（大气透明窗）内释放额外的热量 ， 热量会自然地辐射到地球较冷的上层大气和太空中的寒冷空间中 。 这种热量散失将拟步甲的温度降低到露点（空气中的水蒸气在较冷的表面凝结成水滴的温度）以下 ， 然后 ， 拟步甲就可以利用特殊的沟槽、结构将水分运送到嘴里 。
在过去的几十年里 ， 研究人员基于同样的原理设计了露水收集器 ， 但问题是 ， 这些收集器只能在晚上工作 ， 因为白天阳光产生的热量超过了材料所能释放的热量 。
在这个新项目中 ， 研究人员用一种叫做聚二甲基硅氧烷（PDMS）的薄膜材料打造了一种小型蒸汽冷凝器 ， 这种材料能在大气透明窗中有效地释放热辐射 。
科学家们将PDMS层覆盖在反射阳光的银背衬上 ， 两者结合可将冷凝器冷却到露点以下 ， 导致水蒸气凝结 。 随后 ， 研究人员在盒状的冷凝室中测试了这个装置 ， 同期的对照有商用的露水收集材料以及一个简单的黑体 。
研究小组将加湿的空气泵入三个冷凝室中 ， 并将它们放置在大楼顶部或停车场 。 结果表明 ， PDMS是唯一能在阳光直射下凝结水蒸气的物质 。
“从根本上说 ， 我们的辐射冷凝器能够与上层大气和外太空的巨大冷库进行‘热接触’ ， 获得的冷却功率可以在白天凝结水蒸汽 ， 而且也不需要外部的能源输入 。 ”威斯康辛大学麦迪逊分校电子和计算机工程的副教授Mikhail Kats说 。
PDMS是一种广泛使用、相对便宜的材料 ， 而银背衬对于冷凝器其实是不必要的 。 “成本和材料的可获得性一直是这类应用的障碍 ， 我们的冷凝系统更接近于现实应用 。 ”Gan博士说 。
科界原创
编译：花花
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《美国国家科学院院刊》
期刊编号：0027-8424
原文链接：https://techxplore.com/news/2021-04-vapor-condenser-cues-darkling-beetle.html
【换热器|向拟步甲学习：新型水蒸气冷凝器可在阳光下工作】版权声明：本文由科界平台原创编译 ， 中文内容仅供参考 ， 一切内容以英文原版为准 。 转载请注明来源科技工作者之家—科界App 。
推荐阅读
- 区块|面向2030：影响数据存储产业的十大应用（下）：新兴应用
- 转向|时代落幕，佳能：1DX3 将会是旗下最后一款旗舰单反
- 集聚|向全球应用创新策源地持续迈进 上海“双千兆”应用体验中心正式揭牌
- 警告!|华为联想卷入滴滴高管千万受贿案 判决书曝光浪潮曾向其输送720多万
- 何由|2021年，奔向星辰大海的脚步更稳更远！
- 西湖|施一公：创新，永远向顶尖发力！
- Hotel|向光前行，点亮未来 -- 2022上海国际商业及工程照明展
- 趋势|[转]从“智能湖仓”升级看数据平台架构未来方向
- 向张桂|钟南山邀张桂梅赴广州治疗
- 产业化|智能制造服务平台助力“专精特新”走向“隐形冠军”