唐代诗人李白曾感叹道：“黄河之水天上来，奔腾到海不复回”，黄河水为何奔腾不息？其实这背面蕴藏的是自然界中巨大的水循环。
在太阳能的驱动下，水不断改动形状，并被传输到地球的各个旮旯，也因而为地表生物源源不断地供应着净化的水源（图1a）。类似地，太阳能水蒸腾技能也能经过蒸腾-冷凝进程将非饮用水（海水、湖水、污水等）转化为可饮用的纯水，并因为其清洁环保、本钱低价以及不需要额定能量供应等特色，在淡水缺少的区域有着宽广的运用远景（图 1b）。
其间，太阳能界面光热水蒸腾，经过光热蒸腾器将太阳能转化为热能，并将热量约束在蒸腾器的上外表，仅用于此处的水分加热蒸腾，能进一步提升水蒸腾才能，因而近年来备受重视（图 1c）。
可是关于当时已开展的光热蒸腾器资料，其具有原资料来历窄、制备杂乱、本钱高、稳定性低、环境习惯性差等缺陷，约束了在光热淡水搜集方向的进一步开展。因而，怎么规划制备一种来历广、本钱低的光热蒸腾器资料，并完成可继续、量体裁衣、高效的获取淡水，仍是一个亟需处理的科学难题。
图1. a)自然界中的水循环（图片来历于网络）；b) 太阳能水蒸腾技能搜集纯水作业示意图；c) 太阳能界面光热水蒸腾进程示意图
沙子，由自然界中的岩石经过风化效果而构成细微的颗粒（图 2a），在咱们日常日子中随处可见，其主要成份是二氧化硅（SiO2），已被大范围的运用在修建、玻璃及电子等职业。尽管沙子具有许多潜在用处，但你听说过沙子能被用于淡水搜集吗？
信任许多人夏天喜爱去海滨沙滩。当你走在沙滩上，是不是会感觉沙滩特别烫，有时还不得不穿上鞋子？这是因为沙子自身具有必定的光吸收才能，并能够其转化为热能，加之其具有比较低的比热容，因而在太阳的照射下，沙滩往往具有一个比较高的温度。别的，因为沙子集合时，内部通常会构成一系列微米级的孔道，而这些孔道能够供应足够的毛细效果力，使沙子具有一个向上运送水的才能（图 2b）。这些特色，使得沙子这种价格低价，储量丰厚的资料，具有成为太阳能界面光热蒸腾器资料的潜力。
图2. a) 自然界中沙子的构成（图片来历于网络）；b)沙子具有优异的向上供水的才能，可将水从底部运送到顶部
可是仅靠沙子自身的吸收来获取热量关于完成高效的蒸腾来说是远远不够的，为了使沙子具有更强的光吸收才能，中科院宁波资料所的科研人员为其量身打造了一件“黑色的衣服”，其主要成份是光热高分子——聚吡咯。可是假如直接将这层“黑衣”穿在沙子外表，因为两者间较弱的结合力，会导致在运用的进程中“黑衣”掉落。在此，科研人员遭到大自然中贻贝的启示，凭借聚多巴胺与聚吡咯之间丰厚的氢键和π相互效果来粘合沙子与这件“黑衣”，使这件“黑衣”更可靠地穿戴在沙子外表（图3a）。成果，这种穿上“黑衣”的沙子，在相同的光照条件下，具有更强的光吸收才能（图3b），然后显现出更高的温度（图 3c），更有利于增强其光热淡水搜集才能。
图3. a)为沙子穿“黑衣”的示意图；b)穿“黑衣”后，沙子具有更强的光吸收才能；c)在相同的光照下，穿“黑衣”的沙子出现更高的温度
在相关试验中，这种穿“黑衣”的沙子能够将绝大部分太阳光吸收，而且转换成热能，来加热沙子中贮存的水，然后完成海水的蒸腾，在水蒸气经过冷凝后，终究取得淡水。在这样的一个进程中，因为沙子集合构成的微米级孔道发生的毛细效果力，下端待纯化的海水会继续的被传输到上端，来弥补因蒸腾而失掉的水分，成果在一个太阳下（1kw/m2），海水淡化速度可达1.21kgm-2h-1，这在某种程度上预示着在这种光强下，每平方米穿“黑衣”的沙子仅作业2小时就能满意一个成年人一天的饮用水需求（2~2.5 kg/天）。除了传统的光热海水纯化外，这种穿“黑衣”的沙子也展示出较强的环境自习惯性，能习惯多种不同的运用环境。如当海水遭受城市和工业区的油污染时，若直接将含油污水直接供应蒸腾器，或许会导致蒸腾器的污染和蒸腾速度的下降。为了完成高效、可继续地清水，由亲水性的沙子集合构成的微孔可预先有用的别离含油污水，并随后用于光热蒸腾。成果显现，经过预别离后，在确保蒸腾器不受污染的一起，其水净化速率提升至未预别离的1.4倍。别的，在一些内陆的干旱区域或沙漠中，没有直接可用水源，绝大部分水汽散布在空气中。因为制备进程中有无机盐的掺杂以及在内部毛细效果力的协同效果下，这种穿“黑衣”的沙子能够先吸收大气中的水分，随后在太阳光的驱动下，原位进行光热蒸腾而取得淡水。在实践的野外大气淡水搜集试验中，其日均纯水搜集才能约为1.13 kg/m2，是纯沙子的16倍。能够正常的看到，沙子这种价格低价、储量丰厚的资料，经过简略的化学修饰（穿“黑衣”），就能轻松完成在多变的运用环境中进行高效、可继续、量体裁衣的淡水搜集，这些都为其将来进一步完成产业化供应了或许。
图4.穿“黑衣”的沙子展示出较强的环境自习惯性，能习惯多种不同的运用环境; a) 太阳能界面光热海水纯化；b) 面临遭受原油污染的海水，能够预先进行油水别离，再进行纯化；c) 在远离可见水源的情况下，可晚上吸收空气中的水分，随后在白日进行蒸腾，获取淡水
该研究成果以“Collective behaviors mediated multifunctional black sand aggregate towards environmentally adaptive solar-to-thermal purified water harvesting”为题，在线宣布在Nano Energy （DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104311），并申请了相关专利。
来历：中国科学院宁波资料技能与工程研究所
声明：转载此文是出于传递更多信息之意图。若有来历标示过错或侵犯了您的合法权益，请作者持权属证明与本网联络，咱们将及时更正、删去，谢谢。
