“保温杯”轻松淡化海水华理学者提醒固液微观界面奥妙

  在电影《少年派的奇幻漂流》中，少年在茫茫大海中生计面对的最大应战是难以获取淡水。假如他具有一个小型手持设备，能快速从海水中提取淡水，他的生计概率无疑将大大添加。

  10月23日，2023年度上海市科学技能奖发布，由华东理工大学物理学院教授方海平领衔的研讨项目“固液微观界面动力学性质的理论研讨及其使用”获天然科学一等奖。

  该项目中有一项落地效果——便携式海水淡化器。这款海水淡化器的外形和尺度相似保温杯，不到1公斤重，可为落海者供给超越一周的淡水。其内部采用了特别的氧化石墨烯膜，可以有用阻挠并过滤盐离子，一同答应水分子经过。

  众所周知，石墨烯是由碳原子组成的蜂窝状平面薄膜，共同的二维结构使它在动力、资料等范畴展现出巨大的使用潜力。国际上遍及期望使用石墨烯的二维特性来构筑高性能的别离膜，以处理污水处理和海水淡化等范畴的核心技能难题。但是，这要求将石墨烯的层距离操控在十分之一纳米的精度，这无疑是一个极具应战性的课题。

  石墨烯的蜂窝状结构具有一种特别的电子行为，称为π电子。π电子可以与钠离子等阳离子发生激烈的相互效果，构成离子-π效果。方海平团队研讨证明了离子-π效果在水溶液中的重要性，并开发了相应的核算软件，提出使用离子准确操控石墨烯膜层距离的办法，以此来完成离子筛分和海水淡化。2017年，相关研讨宣布于《天然》。

  进一步地，团队成功研宣布一款实用化的石墨烯复合海水淡化膜。依据装机实测的效果，该膜的水通量约为美国陶氏海水淡化膜水通量的15倍，是现在最先进的实用化海水淡化膜之一。此外，团队还制造出“保温杯”巨细的便携式海水淡化器，该效果已当选上海市绿色技能目录。

  在石墨烯外表观察到一氯化钙二维晶体则是方海平团队的另一项重要效果是。这些一氯化钙二维晶体具有导电性、室温铁磁性，一同具有压电性质和金属性质，在晶体管、磁性设备、导电电极等研制以及储氢、催化剂等使用中，它们都将大有用武之地。“这个发现推翻了传统观念，由于人们一般以为，钙是二价的，它的化合物必定是二氯化钙，不可能具有铁磁性而且绝缘。”方海平表明。

  对“水滴在水层上”的奇特现象进行理论预言，也是方海平获奖项目的重要效果。研讨团队规划了带极化电荷的固体平面作为一般外表的模型，晶格常数和电荷巨细都可以调控。在外表上晶格和电荷的诱导下，水分子会构成有序结构，不再铺展开，而是出现“水滴在水层上”的现象。相关研讨效果在2009年宣布，随后得到了国内外多个课题组的验证，在金属、矿藏、氧化物等10多种资料外表都发现了相似现象。值得一提是，这项开展有望为开展既不沾污又减阻的资料提出新的规划思路，例如在船只外表防污涂层、医用血管支架等范畴的使用。

  “多年来，咱们的作业主要是运用理论物理办法，结合计算物理剖析和分子动力学模仿，研讨水在外表、细通道内和呼应系统中离子对其行为的影响，获得了一些遍及规则，信任也还有更多的规则等候咱们我们一同去发现，并深化使用。”方海平说。