想烧开水？ 步骤 1 – 拿起一些气泡膜

本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点

想烧开水吗？ 忘掉茶壶，拿起一些气泡膜，一个研究团队表示，其中包括麻省理工学院研究生倪政豪和陈刚教授。

在他们发表于《自然·能源》的新论文中，倪和他的合作者描述了他们设计的低技术“太阳能蒸汽发生器”，该发生器可以使用环境阳光烧开水并产生蒸汽，而无需使用镜子或昂贵的透镜来聚光。

他们的设计基于他们团队在2014年开发的一种先前的太阳能吸收结构，该结构包括使用石墨和碳泡沫制成的漂浮海绵状材料。 在之前的设计中，研究人员能够将85%的入射阳光转化为蒸汽。 这种转换效率意味着他们必须使用强度是室外阳光10倍的人造阳光才能产生足够的蒸汽。

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设计过程这一步的关键挑战是，虽然海绵状材料吸收阳光的效果很好，但它也会将热量辐射回周围环境。 因此，团队开始寻找最大限度减少系统热量损失的方法。

他们很快决定使用涂有光谱选择性吸收材料的薄铜板，这种材料既可以吸收阳光又可以捕获热量。 选择铜是因为它具有导热能力。 当与蓝色金属状薄膜吸收材料结合使用时，该板限制了辐射到环境中的热量。

但是，当空气流过表面时，该结构并没有消除通过对流从系统逸出的热量。

陈刚表示，在这一点上，“我一直在问自己，‘我们基本上可以在屋顶上，在正常条件下，不用光学聚光就能烧开水吗？’”

灵感很快来自一个有点出乎意料的来源——当时，陈刚16岁的女儿正在为一个科学展览项目制作温室。 陈刚说，他的女儿使用包括气泡膜在内的简单材料，“能够在冬天将[温室]加热到华氏160度！”

随后，陈刚向倪政豪提议，他们可以使用这种廉价且常见的材料来利用其绝缘气泡捕获来自太阳的热量。 根据倪政豪的说法

“起初我对这个想法非常怀疑……我认为它不是一种高性能材料。 但我们尝试了气泡更大、更透明的气泡膜，以获得更好的空气捕获效果，结果证明，它奏效了。 现在，由于有了这种气泡膜，我们不需要镜子来聚光了。”

此时，新系统设计包括：

1. 使用石墨和碳制成的海绵状材料

2. 一种蓝色金属状薄膜，常用于太阳能热水器，既能吸收阳光又能捕获热量

3. 气泡膜 - 更透明的那种，带有大气泡

在结构上钻一个孔并将系统放入水中后，研究人员发现水会沿着孔隙上升并被加热成蒸汽。 事实上，研究人员发现，他们的新设计可以将水加热到100摄氏度，“即使在相对凉爽的阴天”。

研究人员希望这种低技术设计可以为从大型应用（例如海水淡化和废水处理）到小型应用（例如住宅热水）提供廉价的选择。