MIT研究人員發現由光而不是熱引起的蒸發現象
我們都知道,氣溫升高時水會蒸發,但研究人員剛剛證明,還有另一個因素在起作用。這項突破可能會解開長期存在的大氣之謎,並帶來未來的技術進步。麻省理工學院研究團隊的發現是,可見光譜中的光足以在水分子與空氣接觸的表面上將水分子擊松,並使它們飄走。
換句話說,雖然溫度的波動會產生蒸發現象,但僅憑光束的力量,水也一直在因此變成水蒸氣。科學家將這個過程稱為”光分子效應”,源自於愛因斯坦在1905 年對光電效應的解釋。
普渡大學機械工程學教授阮秀林說:”由光而不是熱引起蒸發的發現為光與水的相互作用提供了新的顛覆性知識。”阮秀林沒有參與麻省理工學院的研究,該研究發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。
他補充說:「這可以幫助我們對陽光如何與雲、霧、海洋和其他自然水體相互作用以影響天氣和氣候有新的認識。具有重大的潛在實際應用價值,例如太陽能驅動的高性能海水淡化。
研究人員說,光引起的蒸發和熱引起的蒸發之間的區別看似不大,但它不僅會對未來蒸發項目的執行方式產生重大影響,而且還能解釋涉及雲層的一個長期存在的差異。
大約八十年來,對雲層吸收陽光的方式進行的測量經常表明,雲層吸收的陽光比物理學認為可能吸收的更多。對這些雲層產生的光分子效應–它導致了額外的、意想不到的蒸發–可能有助於解決這個難題。
研究團隊利用實驗室設備向水中發射激光,觀察光的蒸發效應布萊斯-維克馬克
由於光基蒸發的發現非常驚人,麻省理工學院的研究人員進行了14 次不同的驗證實驗,所有實驗都支持這項發現。在使用雷射進行實驗的過程中,他們發現,當被稱為橫向磁偏振的特定偏振光以45° 角照射到水面時,蒸發效果最強。綠光的蒸發效果也最強,這讓研究小組感到驚訝,因為綠光是使水看起來最透明的顏色,因為它與水的相互作用最小。
“手稿中的觀察結果指出了一種新的物理機制,它從根本上改變了我們對蒸發動力學的看法,”佐治亞理工學院機械工程副教授Shannon Yee 說,他也沒有參與這項工作。 “誰能想到,我們還在學習像水蒸發這樣的常識呢?”
已經有一些公司與研究人員接觸,認為光分子效應可以幫助他們的業務,其中包括一家公司希望將其用於紙廠的紙張乾燥,另一家公司則希望利用這一過程蒸發糖漿。雖然這些應用可能是可行的,但研究人員認為,更多的工作將使他們的研究成果倍增。
研究報告的合著者、麻省理工學院動力工程教授陳剛說:”這種現象應該非常普遍,我們的實驗實際上只是一個開始。證明和量化這種效應所需的實驗非常耗時。從了解水本身,到擴展到其他材料、其他液體甚至固體,都存在著許多變數。