Как графен может изменить вашу жизнь: от питьевой воды до тепла в доме

Жидкости с добавлением графена высыхают под лучами солнца на 95% быстрее, чем обычная вода, выяснили в ходе исследования московские ученые. Кроме того, такие жидкости поглощают солнечную энергию и преобразуют ее в тепло на 48% лучше.

Это свойство можно использовать для создания систем опреснения воды. С помощью таких систем можно очистить сточные или пластовые воды, а также морскую воду.

Также ученые обнаружили, что жидкость с графеном хорошо поглощает солнечные лучи. Это поможет создать новый вид солнечного коллектора — устройства для сбора солнечной энергии.

Графен — это очень тонкий, но прочный наноматериал, сделанный из углерода. Он хорошо проводит тепло и имеет большую площадь поверхности по сравнению с его объемом. Поэтому графен используют в батареях и конденсаторах.

Графен также можно добавить в жидкости, чтобы создать наножидкости. Наножидкости нагреваются от света, и полученное тепло помогает испарять, а затем конденсировать чистую воду. Таким образом можно получить пресную воду из морской или сточных вод.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Solar Energy.

Сейчас для того, чтобы сделать морскую воду пресной, используют специальные установки с мембранами. Но для их работы нужно много энергии, а материалы в них приходится часто менять.

Графеновые наножидкости могут упростить и удешевить опреснение воды. Однако пока не до конца ясно, как свет с разной длиной волны влияет на нагрев графена и жидкостей с ним. Исследования в этой области помогут найти материал, который будет эффективно превращать солнечный свет в тепловую энергию. А ее можно использовать для получения чистой воды.

Ученые из НИУ МЭИ впервые изучили, как спектр света влияет на нагрев и испарение графеновых наножидкостей. Сначала они расщепили графен так, чтобы получились нанохлопья размером с клетку кожи человека. Эти хлопья состояли из 3–5 слоев графена. Чтобы наночастицы графена не оседали на дно сосуда с жидкостью, ученые отслаивали графен прямо в воде. Это помогало предотвратить слипание графеновых хлопьев и их утяжеление.

Ученые создали специальную установку для изучения нагрева и испарения жидкостей. В нее входили:

• источник света;
• контейнер с жидкостью;
• приборы для измерения температуры и массы испаряющейся жидкости.

С помощью этой установки исследователи сравнили испарение графеновой наножидкости (дистиллированной воды с добавлением графена) и обычной дистиллированной воды. Они измерили температуру и массу испаряющейся жидкости под воздействием синего, зеленого, красного света, а также ближнего и дальнего инфракрасного излучения.

Исследователи обнаружили, что дальний инфракрасный свет поглощается в основном водой, поэтому графен и дистиллированная вода нагрелись одинаково.

Когда ученые использовали зеленый и ближний инфракрасный свет, вода почти не нагрелась, потому что не поглотила лучи. А температура графеновой жидкости за полтора часа эксперимента увеличилась с 15,5 °C до 18,5 °C. Это значит, что излучение с такими длинами волн поглощается графеном, и этот спектр света лучше всего подходит для получения тепла с помощью графеновых наножидкостей.

Облучение синим светом не изменило температуры ни одного из образцов. Красный свет не повлиял на графен, но охладил воду.

Эти результаты помогут выбирать нужный свет в зависимости от задач, которые стоят перед промышленностью.

Исследователи обнаружили, что под солнечными лучами графен ускоряет испарение воды на 68–95% по сравнению с чистой водой. Это значит, что графен можно использовать для быстрого получения питьевой воды.

Смесь воды и графеновых хлопьев может поглощать солнечный свет и преобразовывать его в тепловую энергию. Это открытие поможет решить многие задачи в области солнечной энергетики и традиционных тепловых систем. Но сначала нужно понять, как сделать такие смеси более устойчивыми. Мы продолжим изучать графен и другие похожие материалы, чтобы использовать их в различных устройствах для охлаждения, хранения тепловой энергии и ее преобразования в электрическую, — рассказала руководитель проекта Инна Михайлова, кандидат технических наук, доцент кафедры низких температур Московского энергетического института.

Ранее мы сообщали, что, по мнению физиков, графен в 10 раз прочнее стали.

30.11.2024