科学家研制出可用于淡化海水的芯片

时间：2011-03-24 来源：第一财经周刊 作者：

将海水变为人类可以饮用的淡水一直是一个吃力不讨好的差事，它耗能大、水质又差，现在MIT的科学家们制造的芯片可以更好地完成这个工作。

虽然地球表面有超过70%被水覆盖，但是我们可以直接使用的淡水却并不算多。海洋中的苦涩咸水占了总水量的97.5%，剩下的淡水又大部分集中在南北极和冰川上。数百万年来，人类只能依靠仅占总水量0.2%的淡水生存。

将海水变为淡水是个历史悠久的课题。虽然早在1954年人们就修建了大规模的海水淡化厂，但是直到目前为止，最常见的海水脱盐方式依然是半透膜反渗透或者多级闪蒸。前者利用薄膜让水分子通过而阻止其他杂质，后者则通过多次压力降低让水迅速以蒸汽的形式逸出。这两种方式的成本都比较高，而且并不适合制造成便携式的淡化装置。现在麻省理工学院和韩国的研究者们制造出一种可以用于淡化海水的芯片，为海水淡化提供了一种新思路。

这种芯片与传统集成电路芯片的制作方式类似，通过简单的光刻和腐蚀工艺就可以完成。它可以将海水中盐类的浓度提升并且通过一条通道排出，而从另一条通道中产生相当不错的淡水。它基于一种叫做离子浓差极化(ICP，Ion Concentration Polarization)的现象来实现这种淡化过程，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度电。

离子浓差极化是一种向电解质溶液通电时会发生的现象。当电极上流过电流时，在那些离电极较近的溶液中离子会靠近异性电极，而远处溶液中的离子又来不及补充，从而在电极外制造出一层离子浓度较低的溶液层。这种现象在电解和电镀的过程中是有害的，因为它意味着需要更强的电流或者频繁的搅拌来减小离子分布不均匀带来的负面影响；而在麻省理工学院开发的这种净水芯片中，却刚好利用了这一层薄薄的低浓度溶液—它也就意味着高质量的淡水。

麻省理工学院电子电气和计算机学院的博士后Sung Jae Kim和助教Jongyoon Han以及他们的韩国同事在一块邮票大小的软硅胶基板上制造出了这种分离淡水的装置。芯片上微小的水道呈Y字型，中间的交点就是盐水和淡水的分离处，和V字型的地线相连。在加上75伏电压以后，流经入水通道的海水将会在交叉点分道扬镳：高浓度的溶液会经由盐水出口排出，而人们可以从淡水口收集那层离子浓度低的溶液。

这项技术的关键在于水道的宽度和电压。如果宽度过于宽的话，那么电极表面的低浓度溶液，也就是我们需要的淡水将会混合着盐水一起排出；而宽度过窄的话，将会造成能量的浪费，以及减小出水量。现在在这块芯片原型上，入水通道的宽度是0.5毫米，而每个出水口宽度只有0.25毫米，深度是0.1毫米左右。它的测试效果令人振奋。

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