激光刻蚀解决全球水危机的简单方法
在冠状病毒大流行期间，发达国家的人们可以得到充足的清洁水供应，根据需要经常洗手，以保护自己免受疾病的感染。然而，世界上近三分之一的人口甚至不能保证有干净的饮用水。
罗彻斯特大学的研究人员已经找到了一种方法来解决这个问题，即利用人人都能获得的阳光，以超过100%的效率蒸发和净化被污染的水。
这怎么可能呢?
在《自然可持续性》杂志上发表的一篇论文中，光学教授郭春磊(Chunlei Guo)实验室的研究人员演示了一束飞秒激光脉冲是如何将一块普通铝板的表面蚀刻成一种具有超强吸水性和超强吸能性的材料的。
当以一个角度对着太阳放置在水中时，表面:
在金属表面上画一层水薄膜
保留了它从太阳吸收的几乎100%的能量来快速加热水
同时，改变了水的分子间键，大大提高了蒸发过程的效率。
“这三件事结合在一起，使得这项技术能够比一个理想的设备运行得更好，达到100%的效率，”郭说，他也是该大学物理和材料科学项目的成员。“这是一种简单、耐用、廉价的解决全球水危机的方法，尤其是在发展中国家。”
实验室的实验表明，该方法降低了所有常见污染物的存在，如洗涤剂、染料、尿液、重金属和甘油，以安全水平饮用。
郭说，这项技术在发达国家也可以用于缓解干旱地区的水资源短缺，以及用于海水淡化项目。
易于清洁，易于瞄准
利用阳光煮沸一直被认为是一种消除微生物病原体和减少腹泻感染死亡的方法。但是沸水并不能消除重金属和其他污染物。
然而，基于太阳能的水净化，可以大大减少这些污染物，因为当蒸发的水变成气态，然后冷凝和收集时，几乎所有的杂质都留下了。
基于太阳的水蒸发最常见的方法是体积加热，即大量的水被加热，但只有最上层的水可以蒸发。郭说，这显然是低效的，因为只有一小部分的加热能源被使用。
一种更有效的方法叫做界面加热，将漂浮的多层吸能材料和吸芯材料放在水面上，这样就只需要加热靠近水面的水。但是现有的材料都必须水平漂浮在水面上，不能直接面对太阳，郭说。因此，这种方法的能源效率较低。此外，可用的吸芯材料在蒸发后很快被遗留的污染物堵塞，需要频繁更换材料。
郭实验室开发的太阳能电池板通过将一薄层水从蓄水池中拉出来，直接放到太阳能吸收器表面进行加热和蒸发，从而避免了这种低效率。“此外，因为我们使用的是开槽表面，只要喷一下就很容易清洁，”郭说。
“最大的优势，”他补充说，“是电池板的角度可以不断调整，在太阳升起时直接面对太阳，然后在太阳落山前在天空移动”——最大限度地吸收能量。郭说:“我们在这里所能做的，完全是独一无二的。”
最新的一系列应用
该项目得到了比尔和梅林达·盖茨基金会、国家科学基金会和美国陆军研究办公室的资助。
美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室的项目经理埃文·阿斯特伦说:“美国陆军及其作战人员靠水作战，因此人们对基础材料研究特别感兴趣，这可能导致生产饮用水的先进技术。”“这些铝表面的超强吸光性能可能使被动式或低功率水净化能够更好地维持战场上的战士。”
除了使用飞秒激光蚀刻技术来创建超疏水(水),superhydrophilic (water-attracting)和超级能量吸收金属,郭实验室创造了金属结构,不无论多久他们被迫陷入水或多少损坏或刺穿。
在制造这种吸水和驱水金属之前，郭和他的助手Anatoliy Vorobyev演示了利用飞秒激光脉冲将几乎所有金属都变成黑色。金属表面的结构在捕获入射辐射(如光线)时非常有效。但它们也能捕获波长范围很广的光。
随后，他的团队用类似的方法将一系列金属的颜色改变为不同的颜色，比如蓝色、金色和灰色。这些应用包括制造滤色器和光谱设备，在汽车厂使用一束激光来生产不同颜色的汽车;或者用一枚金色的订婚戒指求婚，戒指的颜色要和你未婚妻的蓝色眼睛颜色相配。
该实验室还利用最初的黑色和彩色金属技术在普通钨丝表面创建了一组独特的纳米和微尺度结构，使灯泡在同样的能源使用情况下发出更明亮的光芒。
