Использование света приводит к испарению воды за тепловой предел

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) полагают, что они сделали необычное и удивительное открытие: свет, по-видимому, способен испарять воду без участия тепла. Исследование опубликовано в журнале Applied Physical Sciences.

Команда была заинтересована в том, чтобы сделать опреснение – удаление солей и минералов из воды путем ее испарения, а затем повторное охлаждение пара до жидкости – более эффективным. Они использовали черные светопоглощающие материалы, помещенные в воду, чтобы ускорить процесс нагрева. Как всегда, их сдерживал ряд физических принципов, в данном случае тепловой предел, который представляет собой количество испарения, которое должно произойти при данном подводе тепла, с учетом физических принципов, таких как закон сохранения энергии. 

Однако в последние годы другие команды сообщили о скорости испарения, выходящей за пределы этого предела. В одном эксперименте, где вода содержалась в гидрогелях – трехмерных сетках водонерастворимых полимерных цепей, которые могут удерживать большое количество воды – скорость испарения вдвое превышала тепловой предел. Эта команда, хотя и была настроена скептически, решила поэкспериментировать на себе, включая тестирование материалов, предоставленных предыдущими исследователями.

«Мы протестировали его на нашем солнечном симуляторе, и он сработал», — заявил в пресс-релизе профессор машиностроения Ган Чен. «Итак, теперь мы им поверили».

Отсюда они начали испытания собственных гидрогелей. Работая над гипотезой о том, что фотоны света выбивают молекулы воды на поверхности воды, они начали подвергать гидрогели воздействию света разной длины волны, точно измеряя количество жидкости, теряемой при испарении. И действительно, им снова удалось превысить тепловой предел, причем наиболее эффективное испарение происходило при определенной длине волны зеленого света. В том же эксперименте без света, где вместо этого для нагрева материала использовалось электричество, скорость испарения не превысила тепловой предел.

«Мы интерпретируем эти наблюдения, вводя гипотезу о том, что фотоны видимого спектра могут откалывать кластеры воды от поверхностей из-за больших градиентов электрического поля и квадрупольной силы на молекулярных кластерах», — написала команда в своей статье. «Мы называем процесс испарения, вызванный светом, фотомолекулярным эффектом».

Вода не поглощает много света, как и гидрогели, но в сочетании они становятся хорошими поглотителями без необходимости добавления красителей для улучшения поглощения, объяснил Чен, что способствует получению эффекта. 

У него могут быть полезные практические применения, в том числе улучшение опреснения воды и его удешевление. Кроме того, если вода испаряется под действием света, это может повлиять на климатические модели и улучшить их за счет включения в будущее.