Для создания материала учёные взяли белую шерстяную ткань и обработали её полидофамином — полимером, способным эффективно поглощать свет. Затем поверхность волокон протравили, сформировав на них микроскопические структуры, которые дополнительно удерживают свет. Такой подход исследователи подсмотрели у пернатых райских птиц с почти чёрным оперением.
Получившийся материал поглощает практически весь падающий на него видимый свет: он отражает менее 0,5% света. Полидофамин также преобразует ближнее инфракрасное излучение в тепло. Благодаря этому шерсть нагревает тонкий слой воды непосредственно у своей поверхности. Вода испаряется, а растворённые соли остаются в исходной воде. Затем водяной пар можно собрать и сконденсировать в пресную воду. Такой процесс называется межфазным солнечным испарением.
Исследователи испытали три конструкции материала: горизонтальную, вертикальную с одной рабочей стороной и вертикальную с двумя. Наиболее эффективной оказалась последняя. При освещении, соответствующем стандартному уровню солнечного излучения, она обеспечивала испарение воды со скоростью 2,43 кг на квадратный метр в час. При этом материал сохранял стабильную работу в течение 10 часов без накопления соли на поверхности.
Важное преимущество разработки — состав. В отличие от многих современных солнечных испарителей, для которых используют синтетические наноматериалы или сложные трёхмерные конструкции, здесь основой служит обычная шерстяная ткань. По расчётам авторов, материалы для изготовления фрагмента размером 20 × 20 см стоят около 0,62 доллара. Масса материала составляет примерно 281 г на квадратный метр.
Исследователи также провели испытание на открытом воздухе в Итаке, штат Нью-Йорк. Материал работал с водой, солёность которой была примерно в три раза выше морской, в том числе в частично облачную погоду. По словам авторов, полученная вода соответствовала требованиям к питьевой воде Всемирной организации здравоохранения и Агентства по охране окружающей среды США.
При этом разработку пока рано считать готовой заменой промышленным опреснительным установкам. Полученная производительность ниже, чем у некоторых более сложных солнечных систем, а расчётные показатели для солнечного климата ещё не означают, что такое количество воды удастся получать в любых реальных условиях.
Авторы рассматривают материал прежде всего как вариант децентрализованного опреснения — для мест, где нет стабильного доступа к электроэнергии и крупной водной инфраструктуре. По их модели, квадратный метр материала в солнечном климате вроде побережья Йемена потенциально может обеспечить около 4700 литров водяного пара в год. Следующим этапом станут испытания с солоноватой подземной водой и сточными водами.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.
