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美科学家发明发动机:将水的蒸发转化为光

2015-06-23 10:35:00

 

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据科学日报报道,一股异常强大却不可见的力拖拽着地球上的水到达世上最高的红杉顶部,它让喜马拉雅山顶覆盖了皑皑白雪。这就是蒸发水的力量,它能够推动自给自足的设备或者产生电的潜力却一直未被开发,这一现状直到现在才发生了改变。在6月16日期刊《自然通信》上发表的一篇文章里,美国哥伦比亚大学的科学家们报告称研发了两款新型设备,它们能够从水蒸发里收获能量,这两款设备分别是一个可以产生电导致灯发光的漂浮、活塞驱动的发动机,和一个驱动微型汽车的转子发动机。

美国哥伦比亚大学的科学家们称研发了两款能够从水蒸发里收获能量的发动机

研究人员预测,当蒸发的能量被放大,有朝一日它将可以利用位于海湾或者水库上方的巨大漂浮发电机来发电,或者利用位于水上方的类似风力发电机的巨大旋转机器来发电,文章首席作者、哥伦比亚大学生物科学和物理学助理教授奥兹古尔•沙辛这样说道。

“蒸发是自然界的一种基本力,它无处不在,比其它力,例如风力和潮汐力都要强大。”去年,沙辛发现当细菌芽胞收缩并充满不断改变的湿气时,它们可以有力的推动和拉动其它物体。它们可以囤积比工程里使用的移动物体的其它材料更多能量,这一发现被发表在期刊《自然纳米科技》上。这一研究是基于沙辛在哈佛大学维斯生物工程研究所进行的先前工作。

基于去年的发现,沙辛和他哥伦比亚大学的同事旨在建造可以由这种能量驱动的真正设备。为了建造一个漂浮、活塞驱动的发动机,研究人员必须将将孢子黏在一个双面薄胶带两边,创造一个孢子的短划线。他们还在胶带的另一边创造了相同的短划线,只不过彼此错开,使得一边的短划线与另一边短划线之间的空缺相重合。

当干燥的空气导致孢子收缩,覆盖了孢子的短划线开始弯曲。这导致胶带从直线变成弯曲的,胶带就变短了。如果胶带的一端或者两端被固定了,那么胶带就会拖拽它依附的任何事物。相反,当空气是潮湿时,胶带会伸展释放压力。产生的结果就是一种通过改变湿度来控制的新型人造肌肉。

沙辛和他实验室的博士后研究员陈曦将几十个这样的胶带并排排列,创造了一个更强大的人造肌肉,将它放在一个漂浮的塑料盒里,上方盖上遮板。盒子里蒸发的水导致空气变得潮湿。这种湿度导致肌肉开始延展,开启遮板使得空气变干。当湿气逃逸后,孢子收缩胶带缩小,导致遮板关闭,盒子里的湿气重新产生积累。这就产生了一个自给自足的运动循环。

“当我们在设备下方放水时,它忽然就开始自己移动了。”陈说道。“我们将水的蒸发转化为光。”沙辛表示。利用目前的电力输出,这一漂浮的蒸发发动机可以为位于海底的小型浮灯和检测环境的传感器提供动力。陈怀疑具有更黏的塑料胶带和更多孢子的改善版本发动机每单元面积可以产生的电力比风力发电场要更多。

哥伦比亚大学科研小组的另一个新型蒸发驱动的发动机——湿度场——包含一个塑料轮子,轮子上有覆盖在一边孢子上的突出胶带拉环。一半轮子位于干燥空气里,这导致拉环变弯曲,而另一边位于潮湿环境里,拉环变直。这导致轮子持续的滚动,相当于一个转子发动机。

接下来研究人员建造了一个小型玩具车,利用湿度场为它提供动力,并成功的实现了通过蒸发驱动汽车自己转动。沙辛表示在未来或可以设计一种使用储存在孢子里的机械能量的发动机为车辆提供驱动。如果这种发动机可以实现,那么它将不需要任何燃料或者电池。

更大版本的湿度场也可以发电,只需要将轮子放在大的水体上方,蒸发盐水,这将直接导致轮子旋转并发电。这种研发将稳定的产生和风力发电机一样的电力。

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