FEFU自動(dòng)化與控制過程研究所(FEB RAS)的高級(jí)研究員Alexander Kuchmizhak。實(shí)驗(yàn)室。

聯(lián)合國(guó)17個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)中包括獲得安全水的權(quán)利。同時(shí)，世界衛(wèi)生組織(WHO)和兒童基金會(huì)(UNICEF)在2019年的報(bào)告中解決了這個(gè)問題，指出22億人缺乏安全的飲用水。

提供清潔飲用水的方法之一是通過蒸發(fā)和隨后的蒸汽濃縮來淡化海水。為了獲得更大的產(chǎn)量，需要用于加速蒸發(fā)的新材料。在過去的五年中，這已成為全球范圍內(nèi)快速發(fā)展的研究領(lǐng)域。

含金的二氧化鈦納米顆粒吸收約96%的太陽(yáng)光譜并將其轉(zhuǎn)化為熱量。該材料可以使脫鹽工廠中的蒸發(fā)加速多達(dá)2.5倍，并且可以跟蹤有害分子和化合物。

此類創(chuàng)新材料由FEFU，F(xiàn)EB RAS和ITMO大學(xué)的科學(xué)家與來自西班牙，日本，保加利亞和白俄羅斯的同事合作設(shè)計(jì)。研究人員聲稱它可以用作水蒸發(fā)的納米加熱器，也可以用作傳感器系統(tǒng)中的光學(xué)檢測(cè)器，該傳感器跟蹤液體中各種物質(zhì)的最小痕跡。后期特性可能與微流體生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)，芯片實(shí)驗(yàn)室以及水中污染物，抗生素或病毒的環(huán)境監(jiān)測(cè)有關(guān)。

“在激光照射下，最初結(jié)晶的二氧化鈦?zhàn)兂赏耆珶o定形，獲得了強(qiáng)大的寬帶光吸收特性。金納米團(tuán)簇對(duì)材料的裝飾和摻雜還促進(jìn)了可見光的吸收。最初，我們打算在太陽(yáng)能領(lǐng)域使用該功能但是很快就意識(shí)到，由于采用了新的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)能電池活性層中的納米粒子會(huì)將吸收的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱量而不是電，但是這個(gè)想法開始在海水淡化槽中用作一種納米加熱器。在實(shí)驗(yàn)室條件下成功完成。”論文的作者之一，亞歷山大·庫(kù)奇米扎克(Alexander Kuchmizhak)，F(xiàn)EB RAS的自動(dòng)化與控制過程研究所的高級(jí)研究員。

該材料是通過簡(jiǎn)單且環(huán)保的液體激光燒蝕技術(shù)獲得的。 “我們?cè)诤薪痣x子的液體中加入了二氧化鈦納米粉，并用可見光譜的激光脈沖輻照了該混合物。該方法不需要昂貴的設(shè)備和有害化學(xué)物質(zhì)，并且可以輕松地進(jìn)行優(yōu)化，以克/小時(shí)的速度合成獨(dú)特的納米材料。” FEFU理工學(xué)院(學(xué)校)的初級(jí)研究員Stanislav Gurbatov說。

值得注意的是，最初的二氧化鈦納米粒子不吸收可見的激光輻射。但是，它們催化在其表面上形成納米級(jí)金簇，從而刺激了二氧化鈦的進(jìn)一步熔融。幾種雜化納米粒子融合形成獨(dú)特的納米形態(tài)，其中金納米簇位于二氧化鈦的內(nèi)部和表面。

用金裝飾的非晶態(tài)二氧化鈦納米粉對(duì)人眼來說似乎是完全黑色的，因?yàn)樗梢韵窨臻g中的黑洞一樣有效吸收整個(gè)可見光譜內(nèi)的光并將其轉(zhuǎn)換為熱量。形成鮮明對(duì)比的是，用作原料的市售二氧化鈦粉末是白色的。

新材料的開發(fā)，包括支持廣泛應(yīng)用中新的可管理物理原理的材料，屬于FEFU的優(yōu)先領(lǐng)域，科學(xué)家正在與俄羅斯科學(xué)院，國(guó)內(nèi)外同事密切合作進(jìn)行研究。