科學家研制出可用于淡化海水的芯片

時間：2011-03-24 來源：第一財經周刊 作者：

將海水變為人類可以飲用的淡水一直是一個吃力不討好的差事，它耗能大、水質又差，現在MIT的科學家們制造的芯片可以更好地完成這個工作。

雖然地球表面有超過70%被水覆蓋，但是我們可以直接使用的淡水卻并不算多。海洋中的苦澀咸水占了總水量的97.5%，剩下的淡水又大部分集中在南北極和冰川上。數百萬年來，人類只能依靠僅占總水量0.2%的淡水生存。

將海水變為淡水是個歷史悠久的課題。雖然早在1954年人們就修建了大規模的海水淡化廠，但是直到目前為止，最常見的海水脫鹽方式依然是半透膜反滲透或者多級閃蒸。前者利用薄膜讓水分子通過而阻止其他雜質，后者則通過多次壓力降低讓水迅速以蒸汽的形式逸出。這兩種方式的成本都比較高，而且并不適合制造成便攜式的淡化裝置�，F在麻省理工學院和韓國的研究者們制造出一種可以用于淡化海水的芯片，為海水淡化提供了一種新思路。

這種芯片與傳統集成電路芯片的制作方式類似，通過簡單的光刻和腐蝕工藝就可以完成。它可以將海水中鹽類的濃度提升并且通過一條通道排出，而從另一條通道中產生相當不錯的淡水。它基于一種叫做離子濃差極化(ICP，Ion Concentration Polarization)的現象來實現這種淡化過程，而其低能耗的特征令人印象深刻：制造1000升淡水，只需要3.5度電。

離子濃差極化是一種向電解質溶液通電時會發生的現象。當電極上流過電流時，在那些離電極較近的溶液中離子會靠近異性電極，而遠處溶液中的離子又來不及補充，從而在電極外制造出一層離子濃度較低的溶液層。這種現象在電解和電鍍的過程中是有害的，因為它意味著需要更強的電流或者頻繁的攪拌來減小離子分布不均勻帶來的負面影響；而在麻省理工學院開發的這種凈水芯片中，卻剛好利用了這一層薄薄的低濃度溶液—它也就意味著高質量的淡水。

麻省理工學院電子電氣和計算機學院的博士后Sung Jae Kim和助教Jongyoon Han以及他們的韓國同事在一塊郵票大小的軟硅膠基板上制造出了這種分離淡水的裝置。芯片上微小的水道呈Y字型，中間的交點就是鹽水和淡水的分離處，和V字型的地線相連。在加上75伏電壓以后，流經入水通道的海水將會在交叉點分道揚鑣：高濃度的溶液會經由鹽水出口排出，而人們可以從淡水口收集那層離子濃度低的溶液。

這項技術的關鍵在于水道的寬度和電壓。如果寬度過于寬的話，那么電極表面的低濃度溶液，也就是我們需要的淡水將會混合著鹽水一起排出；而寬度過窄的話，將會造成能量的浪費，以及減小出水量。現在在這塊芯片原型上，入水通道的寬度是0.5毫米，而每個出水口寬度只有0.25毫米，深度是0.1毫米左右。它的測試效果令人振奮。

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