超声波让纳米吸水材料“抖”出水来

即便在沙漠这样极端干旱的环境中，空气里也蕴藏着看不见的水资源。特殊设计的吸附材料，可像海绵吸水一样，从空气中捕获这些弥散的水分子。这类材料的精妙之处在于其纳米级的多孔结构，甚至能选择性吸附水分子，而将其他成分拒之门外，让空气中的湿气稳稳地“锁”在材料里。

科学家设计了一种超声波系统，用于将大气集水器中的水“抖”出来。图片来源：美国麻省理工学院

科学界这些年在不断开发更强的吸湿“海绵”，其中就包括荣获今年诺贝尔化学奖的金属有机框架材料，它们是大气取水技术的重要方向。

过去，把水从这些材料里取出来通常靠太阳晒，让水蒸发、冷凝，再滴入收集容器。整个过程可能要几个小时甚至几天，效率低下。美国麻省理工学院的一组科学家们一直在研究如何加速这一过程，在一位研究超声技术的同事加入团队后，他们有了新的灵感。

超声波是一种超过20千赫（每秒振动2万次以上）的高频声波，人耳无法察觉，却蕴含着巨大能量。科学家于是设想，利用超声波把水“抖”出来。他们开发了一种超声致动器，其核心装置是一个扁平陶瓷环。通电后，陶瓷环高速振动，把水“抖”出来，并落入下方的收集容器里。结果显示，无论空气多干燥，材料吸了多少水，该装置都能在几分钟内把水彻底“抖”出来。吸水材料干了，下一次吸水又能重新开始。一天里，这样的循环能发生好多次，累积下来水量相当可观。

这是什么原理呢？原来，当科学家把吸水材料放在这个装置上时，超声波以每秒2万次以上的节奏拍打，水分子跟着节奏兴奋地“抖动”，与材料之间“牵着的手”也渐渐松开，成了一颗颗小水珠，整个过程只要几分钟。经计算发现，与利用太阳热量收集水的方法相比，这一超声方法在相同材料上的取水效率提高了45倍。

未来，这样的装置可做成窗户大小，一块吸湿材料负责取水，旁边的小型超声器负责“抖”水。只需一块小太阳能电池板供电，该装置就能自动判断材料是否吸满了水，一旦吸满了就振动，“抖”出水后再重新开始吸水。整个系统能在没有河流、没有井，甚至连海水都没有的极端环境里，稳定地提供饮用水。