新研发的超薄涂层使太阳能电池板具有自清洁功能

新研发的超薄涂层使太阳能电池板具有自清洁功能该团队创造了一种涂层，它可以根据一天中的不同时间改变对水的反应，使其能够相当迅速地清除任何积聚的灰尘和污垢。关键成分是氧化钛，它在正常状态下会排斥水，形成容易滚落的水滴。然而，当氧化钛暴露在紫外线下时，它就会改变状态，变得高度吸水，从而使表面保持湿润，形成一层薄薄的水。实际上，这就形成了一个自我清洁的涂层。白天积累的灰尘或污垢不能粘在表面上，因为薄薄的水层将其挡住了，然后在晚上，水珠变成水滴，很容易滚落，从而将污垢带走。当氧化钛被紫外线激活时，它还可以破坏有机分子，有效地对表面进行消毒。新的自清洁玻璃涂层的样品，显示了它的拒水阶段（顶部）和引水阶段（底部）。这个一般的想法以前已经在自清洁玻璃中实现了，但它通常涉及到水排斥或水吸引的机制，而不是两者都有。更妙的是，弗劳恩霍夫团队的新涂层被设计成可以大规模生产，并且可以全面应用于现有的太阳能电池、窗户和其他表面。在测试中，该团队使用一个试验工厂生产出30厘米（11.8英寸）宽、20米（65.6英尺）长、只有100微米厚的薄玻璃卷，其中的氧化钛涂层厚度达到150纳米。当然还有一些障碍需要克服。该团队说，这种薄玻璃仍然非常脆弱，容易受热。未来的工作将集中于改进这一点，调查使用聚合物薄膜的可能性。这项研究将于4月在慕尼黑举行的BAU贸易展览会上公布。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341693.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341693.htm

新设计的太阳能海水淡化系统可快速生产饮用水 且不易堵塞

新设计的太阳能海水淡化系统可快速生产饮用水且不易堵塞研究人员开发出一种新型太阳能海水淡化系统，可生产大量饮用水，并采用一种受海洋启发的技术来避免盐堵塞问题。扩大规模后，该系统可提供足够的饮用水，满足一个小家庭的日常需要。研究人员的新系统改进了他们之前的设计，这种类似的概念由称为"阶段"的多层组成。每个阶段都包含一个蒸发器和一个冷凝器，利用阳光被动地将盐分从进水中分离出来。虽然它能有效地利用太阳能蒸发水，但由于盐分积累，几天后就会堵塞。于是，研究人员尝试了一种温盐环流的方式来缓解盐分的积累。新设计的单级装置看起来像一个薄薄的盒子，顶部是一种能吸收太阳热量的深色材料。盒子内部分为上下两部分。水流过上半部分，天花板上有一层蒸发器，利用太阳热量加热和蒸发直接接触到的水。水蒸气被输送到下半部，冷凝器层将水蒸气空气冷却成无盐的饮用水。整个箱体是倾斜的，再加上来自阳光的热能，使水流过时产生漩涡。这种运动有助于使水与上层蒸发层接触，同时保持盐的循环，防止盐沉淀和堵塞。太阳能海水淡化系统工作原理示意图该研究的通讯作者之一徐振元（音译）说："我们现在引入了一种更强大的对流，它类似于我们通常在海洋中看到的千米长尺度的对流。海水暴露在空气中时，阳光会促使海水蒸发。一旦海水离开海面，盐分就会残留下来。盐的浓度越高，液体的密度就越大，这种较重的水就会向下流动。通过在[一个]小盒子中模拟这种千米范围内的现象，我们可以利用这一特点来排斥盐分。"研究人员发现，他们的系统能在不同盐浓度的环境中产生淡水，从天然海水到盐度高出七倍的水。他们说，如果将该系统放大到一个小手提箱大小，每小时可生产4至6升（1.1至1.6加仑）水，并可持续使用数年，然后才需要更换部件。研究人员说，由于该系统的产水率高，盐排斥率高，使用寿命长，而且是太阳能供电，不需要电力，因此运行该系统的总体成本将比美国生产自来水的成本更低。研究报告的共同作者杨忠说："我们的研究表明，这种设备能够实现较长的使用寿命。这意味着，利用阳光生产的饮用水首次有可能比自来水便宜。这为太阳能海水淡化解决现实问题提供了可能。"这项研究发表在《焦耳》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387925.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387925.htm

光活化混凝土可擦除交通隧道中的空气污染

光活化混凝土可擦除交通隧道中的空气污染近年来，科学家们已经开发出混凝土，可以将周围空气中的一些有害物质转化为无害的产品。这些空气净化混凝土系统依靠的是二氧化钛涂层，它与阳光反应，产生称为活性氧（ROS）的分子。这些分子具有很强的氧化能力，可以分解空气中的污染物，如挥发性有机化合物（VOC）、氮氧化物、硫氧化物和氨，并防止细小颗粒物的形成。在新的研究中，韩国土木工程和建筑技术研究所（KICT）的研究人员开发了这种光催化混凝土，并在一个交通隧道中进行了测试，那里由于空气流通不畅，污染往往比较严重。沿着墙壁安装了人工灯，以促进混凝土中的光活化反应。一张图说明了新的空气净化混凝土是如何工作的。一层二氧化钛与阳光（或人造光）相互作用，产生活性氧，将空气污染物如氮氧化物、硫氧化物、挥发性有机化合物和氨降解为无害的最终产品。研究小组发现，氮氧化物的水平在24小时内下降了约18%，反应的最终产品是盐类，部分由混凝土中的钙含量形成。这些盐分很快就被雨水冲走了。更好的是，该团队说，这个过程应该允许光催化混凝土无限期地运作，而不需要任何超出普通混凝土的额外维护。该团队计划继续研究该技术，以帮助其实现商业化，并希望能提高其有效性。其他的例子已经成功地将氮氧化物水平降低了45%，甚至在与石墨烯搭配时达到惊人的70%。"使用光催化剂的建筑技术可以对减少国家生活环境中的细颗粒物产生立竿见影的效果"，该项目的首席研究员Jong-WonKwark博士说。"我们计划建立一个与地方政府和公共公司合作的系统，将试验示范扩大到其他地点，以实现具有实际效果的商业化和分配"。一篇描述光催化混凝土的早期论文发表在KSCE《土木与环境工程研究》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363799.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363799.htm

剑桥大学创造的新型太阳能设备可将脏水变成氢燃料和饮用水

剑桥大学创造的新型太阳能设备可将脏水变成氢燃料和饮用水研究人员发明了一种太阳能装置，可将脏水转化为清洁的氢气和净水图/ChanonPornrungroj/剑桥大光催化水分裂技术可将太阳光直接转化为可储存的氢气，但通常需要纯净水和土地来安装设备，同时还会产生无法利用的废热。由于水是一种宝贵的资源，利用任何未经处理的水源（如河流、海洋、水库或工业废水）的光催化装置将是一种更可持续的选择。因此，剑桥大学的研究人员从光合作用过程中汲取灵感，创造了一种太阳能装置，能够同时利用污染水或海水生产清洁氢燃料和清洁饮用水。该研究的第一作者ChanonPornrungroj说："将太阳能燃料生产和水生产结合在一个装置中是非常棘手的。太阳能驱动的水分裂（水分子被分解成氢气和氧气）需要从完全纯净的水开始，因为任何污染物都可能毒害催化剂或引起不必要的化学副反应。"研究人员希望模仿植物的光合作用能力，但与以往利用洁净水源生产绿色氢燃料的设备不同，他们希望自己的设备能够使用受污染的水，从而使其在难以找到洁净水的地区也能使用。研究报告的合著者阿里芬-穆罕默德-安努阿尔（AriffinMohamadAnnuar）说："在偏远或发展中地区，洁净水相对稀缺，净水所需的基础设施也不容易获得，因此水分裂极为困难。一个可以利用受污染的水进行工作的装置可以同时解决两个问题：它可以分水制造清洁燃料，也可以制造清洁饮用水"。他们将一种吸收紫外线的光催化剂沉积在一种吸收红外线的纳米结构碳网上，这种碳网对光和热都有很好的吸收作用，从而产生光催化剂用来制造氢气的水蒸气。经过拒水处理的多孔碳网有助于光催化剂漂浮，并使其远离下面的水，从而避免污染物干扰其功能。此外，这种结构还能让装置利用更多的太阳能量。装置构造示意图Pornrungroj等人/剑桥大学安努阿尔说："制造太阳能燃料的光驱动过程只使用了太阳光谱的一小部分，还有大量光谱没有使用。"因此，研究人员在浮动装置的顶部使用了一层白色的紫外线吸收层，通过水分裂来制氢。太阳光谱中的其余光线被传输到装置底部，使水汽化。研究人员说，这更接近于模仿植物的蒸腾作用，即水在植物体内的流动过程，以及水从叶、茎和花等气生部分蒸发的过程。Pornrungroj说："这样，我们就能更好地利用光--我们获得了用于制氢的水蒸气，剩下的就是水蒸气了。我们就真正模仿了真实的叶子，因为我们现在已经能够将蒸腾作用的过程纳入其中。"研究人员利用真实世界的开放水源对他们的装置进行了测试，包括剑桥市中心坎河的水和造纸业的浑浊工业废水。在人工海水中，该装置在154小时后保持了80%的初始性能。研究人员说，由于光催化剂与水源中的污染物隔离，并保持相对干燥，因此该装置可以保持其运行稳定性。它对污染物的耐受性很强，而且浮动设计使基底可以在非常浑浊或泥泞的水中工作，因此这是一个用途广泛的系统。研究人员认为，他们的设备有可能解决可持续发展和循环经济问题。这项研究的通讯作者ErwinReisner说："我们的设备仍然只是一个原理验证，但如果我们要发展真正的循环经济和可持续的未来，我们就需要这些解决方案。气候危机与污染和健康问题密切相关，开发一种有助于同时解决这两个问题的方法将改变许多人的命运。"这项研究发表在《自然-水》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1396809.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1396809.htm

研究人员开发出防止玻璃起雾的纳米薄金涂层

研究人员开发出防止玻璃起雾的纳米薄金涂层这类似于汽车后窗上的防雾系统的工作方式，但不需要通过电线使用电加热。该团队早在2019年就发表了他们关于该主题的第一篇研究论文。他们修订后的涂层明显比他们之前分享的薄，使其更加透明且是可弯曲的，从而增强了它的功能性。金是一种昂贵的材料，但涂层所需的金很少，不会使应用成本过高。根据该团队的说法，三层涂层的厚度仅为10纳米。作为比较，典型的金叶子或金箔的厚度大约是12倍。该涂层是在洁净室中使用化学气相沉积法制造的。在氧化钛夹层中间的金簇相互接触，但只是最小程度的接触。这意味着，在没有阳光的情况下，如果需要，可以用电来加热涂层。氧化钛作为一种绝缘材料，位于顶层保护金簇免受磨损。新技术在未来的应用包括眼镜和汽车挡风玻璃，但其他的用例可以包括像窗户、镜子和光学传感器。值得注意的是，虽然涂层表面会发热，但该材料可以防止辐射到达内部（例如汽车或建筑物），因此它们的传递的热量甚至比没有涂层的情况下更低。苏黎世联邦理工学院已经为这种材料申请了专利。更多的实验将帮助研究人员确定其他金属是否也能像黄金一样表现良好或更好。他们的最新发现已经发表在《自然纳米技术》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335075.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335075.htm

太阳能碟形反应器可生产氢气并捕获废品

太阳能碟形反应器可生产氢气并捕获废品EPFL的反应器看起来像一个卫星天线，它的工作原理也很相似--大的弧形表面区域收集尽可能多的光线，并将其集中到悬浮在中间的小装置上。在这种情况下，碟子正在收集来自太阳的热量，并将其以大约800倍的速度集中到一个光电化学反应器上。水被泵入这个反应器，在那里太阳能被用来将其分子分成氢和氧。EPFL新的太阳能制氢系统的核心反应器该反应器还捕捉了该过程中通常只是被释放的两种废品--氧气和热量。氧气可以方便地用于医院或工业用途，而热量则可以通过一个热交换器，可用于加热水或建筑物的内部。该反应器于2020年8月和2021年2月和3月在EPFL校园进行了13天的测试，以了解它在不同天气条件下的工作情况。它的太阳能转化为氢气的效率被发现平均超过20%，每天产生约500克（1.1磅）的氢气。该团队说，有了这样的产出，在一年中，该系统可以为1.5辆驾驶平均距离的氢燃料电池车提供动力，或者为一个四人家庭提供大约一半的电力需求。该研究的通讯作者SophiaHaussener说："随着输出功率超过2千瓦，我们已经破解了我们试点反应器的1千瓦上限，同时保持了这种大规模的创纪录的高效率。在这项工作中取得的产氢率代表了向这项技术的商业实现迈出了真正令人鼓舞的一步"。研究人员说，下一步是在一个金属生产厂建立一个几百千瓦的示范工厂，氢气将用于金属退火，热量用于热水，收集的氧气用于附近医院。这项研究发表在《自然-能源》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355379.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355379.htm