绿灯意味着“走”。这可能也适用于蒸发水分子。
可见光,尤其是绿色色调的光,可能会促使水蒸发,研究人员在 11 月 7 日报告美国国家科学院院刊。麻省理工学院机械工程师 Gang Chen 及其同事表示,在实验中,可见光下的水蒸发显示出比仅基于热量的蒸发速率更高的蒸发速率。
他们说,结合其他观察结果,这一发现表明,当光照射在水面上时,单个光粒子或光子可以切断连接水分子的键,将分子簇释放到空气中。
“这是非常令人兴奋的事情,”德国美因茨马克斯·普朗克聚合物研究所的化学家永田由纪(Yuki Nagata)说道,他没有参与这项研究。他指出,该假设需要进一步检验。 “我们不能百分百确定这确实是这个机制,”他说。但如果是的话,那就是“全新的”。
通常情况下,热量会导致蒸发,导致液体中的水分子更加剧烈地碰撞。这些额外的能量可以破坏液体中分子之间的一些键,使分子以水蒸气的形式逸出。根据进入的热量,科学家可以计算出预期的蒸发量。可见光可以帮助水蒸发由于它传递的热量(序列号:3/8/16)。但直到现在,人们还没有想到它可以直接破坏水分子之间的键。
在这项新研究中,研究人员对多孔水凝胶中所含的水进行了研究,这种材料会贪婪地吸水。所提出的效果发生在空气与水相遇的地方,研究人员研究的水凝胶在两者相遇的地方含有无数的裂缝,使水能够分裂并逸出。在某些情况下,蒸发速率是基于热量的预期的两倍多。更重要的是,蒸发速率随光的波长而变化。绿光产生最高的蒸发率。
加拿大埃德蒙顿阿尔伯塔大学的热力学家 Janet AW Elliott 表示,这种波长依赖性有力地支持了研究人员的假设。 “如果你只是将[可见]光照射到某物上,你怎么知道是光还是光的热量在完成你的工作呢?但如果它与波长有关……那就证明它的光部分很重要。”此外,她说,当使用加热器而不是光时,不会发生过度蒸发。
当热量驱动蒸发时,分子通常一次逸出一个。但对水凝胶上方蒸汽温度的测量表明,当光驱动蒸发时,水分子会成簇逸出。然后簇本身蒸发,分解成单独的水分子,在此过程中冷却蒸汽。
一般来说,靠近水凝胶测得的蒸汽温度较高,就像蒸汽在沸锅正上方最热一样。但在距离表面约 8 至 14 毫米的蒸汽区中,温度并不随高度而变化。研究人员说,这证明了一个区域的空气中充满了单个水分子,并且水分子团不断蒸发和再凝结。
“非常令人信服的是,在这个特殊的实验装置中,你可以看到分子团块脱落,然后这些团块蒸发,”埃利奥特说。
但是,埃利奥特说,“仍有很多问题需要解答。”例如,研究人员没有详细解释光子如何打破键或为什么它在绿光下效果最好。
陈承认,理论上的解释涉及一些手脚。尽管如此,他还是希望这种效应能够用于实际目的,例如更有效的方法从盐水中制造淡水(序列号:8/9/16)
陈说,这种效应可能在自然界中广泛存在,在土壤或植物等多孔材料中的水中,或者在海洋表面的泡沫中。 “我们有一种感觉,这种情况每天都在广泛发生,这就是为什么我们对此感到非常兴奋。”