Ngược lại với những gì chúng ta đã học trong lớp khoa học ở trường tiểu học, hóa ra có thể không cần nhiệt để làm nước bay hơi. Các nhà khoa học tại MIT đã có khám phá đáng ngạc nhiên rằng chỉ riêng ánh sáng cũng có thể làm bay hơi nước và thậm chí còn hiệu quả hơn cả nhiệt. Phát hiện này có thể cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về các hiện tượng tự nhiên hoặc thúc đẩy hệ thống khử muối.
Sự bay hơi xảy ra khi các phân tử nước ở gần bề mặt chất lỏng hấp thụ đủ năng lượng để thoát vào không khí bên trên dưới dạng khí – hơi nước. Nói chung, nhiệt là nguồn năng lượng và trong trường hợp chu trình nước của Trái đất, nhiệt đó chủ yếu đến từ ánh sáng mặt trời.
Nhưng trong vài năm gần đây, các nhóm nhà khoa học khác nhau đã nhận thấy sự khác biệt trong các thí nghiệm của họ liên quan đến nước chứa trong hydrogel. Nước dường như đang bốc hơi với tốc độ cao hơn nhiều so với mức bình thường dựa trên lượng nhiệt mà nó tiếp xúc, đôi khi gấp ba lần tốc độ tối đa theo lý thuyết.
Vì vậy, đối với nghiên cứu mới, các nhà khoa học tại MIT đã bắt đầu điều tra xem điều gì có thể xảy ra. Sau một vài thí nghiệm cơ bản, họ nghi ngờ rằng chính ánh sáng đã gây ra sự bay hơi quá mức. Ý tưởng này thật đáng ngạc nhiên vì nước không thực sự hấp thụ ánh sáng – đó là lý do tại sao bạn có thể nhìn xuyên qua nó ở độ sâu vừa phải nếu nước sạch.
Để thực sự kiểm tra giả thuyết của mình, các nhà khoa học đã đặt một mẫu hydrogel vào một thùng chứa trên một chiếc cân, cho nó tiếp xúc với các bước sóng ánh sáng khác nhau theo trình tự và đo lượng khối lượng mà nó bị mất theo thời gian do bay hơi. Thiết bị được kiểm soát cẩn thận và đèn được che chắn để ngăn chặn bất kỳ nhiệt nào truyền vào hệ thống và làm ảnh hưởng đến kết quả.
Và chắc chắn rằng, nước đang bốc hơi với tốc độ cao hơn nhiều so với giới hạn nhiệt cho phép. Mức độ bay hơi dường như thay đổi tùy theo bước sóng ánh sáng, đạt cực đại ở bước sóng ánh sáng xanh lục. Sự phụ thuộc vào màu sắc này bổ sung thêm bằng chứng cho thấy nó không liên quan đến nhiệt.
Tiếp theo, các nhà nghiên cứu lặp lại thí nghiệm trong bóng tối, sử dụng điện để truyền một lượng nhiệt tương tự vào hydrogel như trong thí nghiệm ánh sáng. Tốc độ bay hơi nước vẫn nằm trong giới hạn nhiệt và thấp hơn nhiều so với tốc độ đạt được khi tiếp xúc với ánh sáng.
Nhóm nghiên cứu đặt tên cho hiện tượng mới này là “hiệu ứng quang phân tử” và đưa ra giả thuyết rằng các photon ánh sáng có khả năng “tách rời” các cụm phân tử nước gần bề mặt chất lỏng. Mặc dù cho đến nay, nó chỉ được quan sát thấy trong điều kiện phòng thí nghiệm được kiểm soát cẩn thận, nhưng các nhà nghiên cứu nói rằng nó cũng có thể xảy ra trong tự nhiên, chẳng hạn như trong các đám mây hoặc trên mặt biển, mặc dù trong những điều kiện đó, nhiệt có thể vẫn đóng vai trò chủ yếu. .
Nhóm nghiên cứu còn đề xuất rằng hiệu ứng quang phân tử có thể được sử dụng để cải thiện hiệu suất của các hệ thống như khử muối hoặc làm mát bằng bay hơi. Các nhà nghiên cứu đã được cấp một khoản tài trợ để nghiên cứu việc sử dụng nó trong quá trình khử muối bằng năng lượng mặt trời mà họ ước tính có thể tăng hiệu quả lên gấp ba hoặc bốn lần. Họ cũng có kinh phí để khám phá xem liệu hiệu ứng này có thể làm rối loạn các mô hình khí hậu hay không.