3D 프린팅된 미세구조 숲으로 태양열 증기 발생기 담수화 촉진

전 세계적으로 담수 부족이 임박함에 따라 싱가포르 연구진은 해수 담수화를 위한 유망한 장치로 떠오르고 있는 태양열 증기 발생기(SSG)로 눈을 돌렸습니다. 담수화는 물 부족에 대한 비용이 많이 들고 에너지 집약적인 해결책이 될 수 있습니다. 이 재생 가능 에너지 접근 방식은 태양 에너지를 사용하여 물을 증발시키고 격리함으로써 자연적인 물 순환을 모방합니다. 그러나 높은 물 증발 효율을 달성하는 데 필요한 표면적을 늘리기 위해 복잡한 토폴로지를 제작해야 하기 때문에 이 기술은 제한됩니다.

이러한 장벽을 극복하기 위해 팀은 나무에서 디자인 영감을 얻고 3D 프린팅의 잠재력을 활용했습니다. ~ 안에 응용물리학 리뷰, 팀은 담수화를 위한 효율적인 SSG를 생산하기 위한 최첨단 기술을 제시하고 다중 제트 융합(MJF)을 위한 기능성 나노복합체를 인쇄하는 새로운 방법을 소개합니다.

Nanyang Technological University의 기계공학과 교수인 Kun Zhou는 "우리는 뛰어난 광열 성능과 자가 세척 특성을 갖춘 SSG를 만들었습니다."라고 말했습니다. "나무 모양의 다공성 구조를 사용하면 수분 증발 속도가 크게 향상되고 염분 축적을 방지하여 지속적인 작동이 보장됩니다. 장기간 테스트 후에도 성능이 상대적으로 안정적으로 유지됩니다."

그들의 접근 방식 뒤에 있는 물리학은 SSG가 태양 에너지를 흡수하여 열로 변환하고 물/해수를 증발시키는 광열 에너지 변환을 포함합니다. SSG의 다공성 구조는 축적된 염분을 제거하여 지속적인 담수화 성능을 보장함으로써 자체 세척 기능을 향상시킵니다.

"효과적인 광열 융합제를 사용함으로써 MJF 인쇄 기술은 복잡한 디자인의 부품을 신속하게 만들 수 있습니다"라고 그는 말했습니다. "융착제와 인쇄 부품의 광열 변환 효율을 향상시키기 위해 우리는 금속-유기 골격에서 파생된 새로운 유형의 융착제를 개발했습니다."

SSG는 식물 증산에서 영감을 얻었으며 소형 나무 모양의 미세 구조로 구성되어 효율적인 열 분산 숲을 형성합니다.

Zhou는 "우리의 생체 영감 디자인은 SSG의 표면적을 증가시킵니다."라고 말했습니다. "나무와 같은 디자인을 사용하면 SSG의 표면적이 증가하여 물 수송이 향상되고 증발 효율이 향상됩니다."

한 가지 큰 놀라움은 시뮬레이션 환경과 현장 시험 모두에서 관찰된 높은 물 증발 속도였습니다. 담수화된 물은 장기간의 테스트 후에도 지속적으로 식수 기준을 충족했습니다.

"이것은 우리 접근 방식의 실용성과 효율성을 보여줍니다"라고 Zhou는 말했습니다. "그리고 MJF 상업용 프린터를 통해 빠르고 쉽게 대량 생산할 수 있습니다."

팀의 작업은 담수 부족 문제를 해결할 수 있는 상당한 잠재력을 보여줍니다.

Zhou는 "우리 SSG는 지속 가능하고 효율적인 담수화 솔루션을 제공하기 위해 담수에 대한 접근이 제한적인 지역에서 사용될 수 있습니다"라고 말했습니다. "담수화를 넘어 효율적인 태양 에너지 전환과 수질 정화가 필요한 다른 응용 분야에도 적용할 수 있습니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/07/240723123507.htm