超聲波讓納米吸水材料“抖”出水來

即便在沙漠這樣極端干旱的環境中，空氣里也蘊藏著看不見的水資源。特殊設計的吸附材料，可像海綿吸水一樣，從空氣中捕獲這些彌散的水分子。這類材料的精妙之處在于其納米級的多孔結構，甚至能選擇性吸附水分子，而將其他成分拒之門外，讓空氣中的濕氣穩穩地“鎖”在材料里。

科學家設計了一種超聲波系統，用于將大氣集水器中的水“抖”出來。圖片來源：美國麻省理工學院

科學界這些年在不斷開發更強的吸濕“海綿”，其中就包括榮獲今年諾貝爾化學獎的金屬有機框架材料，它們是大氣取水技術的重要方向。

過去，把水從這些材料里取出來通常靠太陽曬，讓水蒸發、冷凝，再滴入收集容器。整個過程可能要幾個小時甚至幾天，效率低下。美國麻省理工學院的一組科學家們一直在研究如何加速這一過程，在一位研究超聲技術的同事加入團隊后，他們有了新的靈感。

超聲波是一種超過20千赫（每秒振動2萬次以上）的高頻聲波，人耳無法察覺，卻蘊含著巨大能量。科學家于是設想，利用超聲波把水“抖”出來。他們開發了一種超聲致動器，其核心裝置是一個扁平陶瓷環。通電后，陶瓷環高速振動，把水“抖”出來，并落入下方的收集容器里。結果顯示，無論空氣多干燥，材料吸了多少水，該裝置都能在幾分鐘內把水徹底“抖”出來。吸水材料干了，下一次吸水又能重新開始。一天里，這樣的循環能發生好多次，累積下來水量相當可觀。

這是什么原理呢？原來，當科學家把吸水材料放在這個裝置上時，超聲波以每秒2萬次以上的節奏拍打，水分子跟著節奏興奮地“抖動”，與材料之間“牽著的手”也漸漸松開，成了一顆顆小水珠，整個過程只要幾分鐘。經計算發現，與利用太陽熱量收集水的方法相比，這一超聲方法在相同材料上的取水效率提高了45倍。

未來，這樣的裝置可做成窗戶大小，一塊吸濕材料負責取水，旁邊的小型超聲器負責“抖”水。只需一塊小太陽能電池板供電，該裝置就能自動判斷材料是否吸滿了水，一旦吸滿了就振動，“抖”出水后再重新開始吸水。整個系統能在沒有河流、沒有井，甚至連海水都沒有的極端環境里，穩定地提供飲用水。