研究人员表示，仅通过添加廉价的塑料透镜，将太阳光集中到“热点”，他们就可以用纳米技术将太阳能膜海水淡化系统的效率提高50%以上。赖斯用阳光和纳米粒子净化盐水的太阳能方法比其创造者最初想象的还要有效。莱斯纳米光子实验室(LANP)的研究人员本周表示，他们可以通过添加廉价的塑料透镜将阳光集中到“热点”，太阳能海水淡化系统的效率可以提高50%以上。研究结果可以在美国国家科学院院刊网站上获得。

“提高太阳能驱动系统性能的典型方法是增加太阳能聚光器，带来更多的光，”莱斯布朗工程学院应道。

物理专业的研究生Pratiksha Dongare说。“这里最大的区别是我们使用了相同的光量。我们已经证明，这种能量可以以低成本重新分配，纯净水的生产率可以大大提高。”

在传统的膜蒸馏中，热盐水流经片状膜的一侧，而冷却的过滤水流经另一侧。产生温差蒸气压差，这驱动水蒸气从加热侧通过膜流向较冷的低压侧。扩大该技术的规模是困难的，因为膜的温差——从而清洁水的输出——随着膜尺寸的增加而减小。莱斯的纳米光子太阳能薄膜蒸馏(NESMD)技术通过使用吸光纳米粒子将薄膜本身转化为太阳能驱动的加热元件来解决这个问题。

Dongare和他的同事，包括这项研究的共同主要作者Alessandro Alabastri，在他们的薄膜顶层涂上了低成本的商业纳米粒子，旨在将80%以上的太阳能转化为热能。太阳能驱动的纳米粒子加热降低了生产成本，莱斯的工程师们正在努力将这项技术推广到没有电力供应的偏远地区。

NESMD中使用的概念和粒子首次在2012年由LANP主任娜奥米哈拉斯和研究科学家奥拉诺依曼演示，他们是这项新研究的共同作者。在本周的研究中，Halas、Dongare、Alabastri、Neumann和物理学家Peter Nordlander发现，他们可以利用入射光强度和蒸气压之间固有的、以前没有认识到的非线性关系。

阿拉巴斯特里是赖斯电子和计算机工程系的物理学家，也是德州仪器研究的助理教授。他用一个简单的数学例子来描述线性和非线性关系之间的区别。“如果你取等于10-7和3，5和5，6和4的任何两个数字——如果你把它们加在一起，你将总是得到10。但是如果这个过程是非线性的，你可以将它们平方，甚至在此之前添加立方体。所以如果我们有九加一，那就是九个正方形，或者81加一个正方形，等于82。这远远好于10，这是你对线性关系所能做的最好的事情。”

就NESMD而言，非线性的改善来自于将阳光聚集到微小的点上，就像孩子们在晴天可能会使用放大镜一样。将光线聚焦在薄膜上的微小点上会导致热量线性增加，但加热反过来会导致蒸汽压非线性增加。压力的增加迫使更多的纯化蒸汽在更短的时间内通过膜。

阿拉巴斯特里说：“我们发现，在更小的区域拥有更多的光子总是比在整个薄膜中均匀分布光子更好。

化学家和工程师Halas花了超过25年的时间开始使用光活化纳米材料。他说：“这种非线性光学过程提供的效率非常重要，因为缺水是世界上大约一半人的日常现实，有效的太阳能蒸馏可以改变这一点。

哈拉斯说：“除了水的净化，这种非线性光学效应还可以改进利用太阳能加热来驱动光催化等化学过程的技术。

例如，LANP正在开发一种铜基纳米粒子，用于在环境压力下将氨转化为氢燃料。

哈拉斯是斯坦利摩尔电气和计算机工程教授，莱斯斯马利-科尔研究所所长，化学、生物工程、物理和天文学、材料科学和纳米工程教授。

NESMD正在莱斯的纳米技术水处理中心(NEWT)开发，并于2018年获得了能源部太阳能海水淡化计划的研发资金。

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