扩大获得清洁水领域中纳米技术的潜力

弗朗索瓦·格雷（Francois Gray）
CNNM 博士，清华大学，北京，中国城市控制论中心，瑞士日内瓦，瑞士
2015年7月6日

简短摘要
纯水计算小组发现，水可以比以前想象的更自由地通过最薄的纳米管。对基本物理过程的这种创新理解可以通过更有效的水过滤和脱盐方法来增加数百万人的纯净水利用率。而且，可以应用于医疗和清洁能源领域。这项发现已经发表在《自然纳米技术》上，这是最受人尊敬的自然技术期刊。



可视化是由志愿者创建的，用于研究水和碳纳米管的相互作用。纯净水是生命的基础，现在，全世界数百万人将经历其匮乏。我们的团队发现了一种现象，这可能是为所有有需要的人提供清洁水的重要一步。如今，每年约有一百万人因水质不佳而死亡，随之而来的是人口的增长，气候的变化以及问题的恶化。现有的道路系统和有需要的道路通常不可用。研究称为“计算“纯净水”可以改变这种情况。这个惊人的发现最近发表在纳米技术的领先期刊《自然纳米技术》上。

基本上，这一发现解决了以下问题：“我们怎么可能，即以较低的成本尽可能高效地使用碳纳米管制造滤水器。”碳纳米管产生的薄片厚度为一个原子，即石墨烯，被扭成细管，直径为几纳米（大约是人类头发直径的千分之一）。管的直径允许水分子通过它们，并在水过滤过程中保留大颗粒和微生物。它们很小，以至于科学界建议水流过它们太慢而无法进行实际调节。但是，早期的实验表明，有时水的流通比预期的容易得多。



增加流量可能意味着更高效的过滤器，但是由于缺乏足够的计算能力，到目前为止，科学家们可以通过计算机建模了解的信息与在实际条件下可获得的信息之间存在很大的差距。该项目的研究人员致力于消除这一缺点。通过使用世界社区网格网络的分布式计算，有可能发现某些类型的称为声子振动的自然振动在一定条件下会导致扩散程度提高300％（我们可以说流动）通过碳纳米管的水，这与以前的理论计算结果相当。尤其重要的是，在较小的振动下，自然会释放出热能，这种热能自然存在于所有材料中，因此，不需要外部能源来利用这种现象。

这一发现可以在未来的研究中表明什么？使用这种实际模型的新思想的直接应用是开发有效的滤水器。如果实验证实了这一假设，则此类过滤器将有助于增加全球数百万人的清洁水供应。还有可能获得更便宜的方式来获取淡水（特别是从海中）。

这种纳米级现象的使用将产生膜和过滤器，从而彻底改变许多过程，甚至与水或通常与液体有关的工业。例如，这一发现将使药物可以通过穿过活细胞壁的细通道进行输送。将来，这可能适用于证明通过混合纯净水和盐水而产生清洁能源的过程，这被称为渗透发电厂。

我们只有在志愿者的帮助下才发现了这些多样的机会，因为没有研究团队拥有如此必要的计算能力来运行如此详细的模拟来研究实际过滤器中的流动条件。世界社区网格（World Community Grid）的合作伙伴和15万多名志愿者参加了该项目，他们设法模拟了尚无详细信息的水流，而在研究的先前阶段未发现任何现象。


为清洁水计算团队成员：徐志平，马明水，郑泉水和弗朗索瓦·格雷

这项工作是来自中国，瑞士，以色列，英国和澳大利亚的研究人员全球合作的结果。感谢所有参与者。如果在一个计算机上计算错误，该项目将在几年内完成，大约需要40,000个计算年。我要代表团队感谢所有参与这些研究的志愿者。这一成就也属于他们。

了解更多信息，并在以下发现中加入“ 世界社区网格 ”：
IBM新闻稿
“ 由声子诱导的振荡摩擦介导的碳纳米管内部的水传输 ”论文，发表在《自然纳米技术》上

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN386499/