鈾仍是核反應堆的關鍵燃料。
![]()
中國科學院的研究人員設計出一種光驅動微型馬達,能在水中自主游走并主動捕獲鈾離子,標志著資源提取先進材料向前邁出一步。
該系統由中科院青海鹽湖研究所開發(fā),基于一種金屬有機框架(MOF),可將光轉化為運動,使其能在微觀尺度充當自驅動收集器。
鈾依然是核反應堆的關鍵燃料,盡管海水中溶解的鈾估計有45億噸,但其濃度極低,長期以來使提取在技術上復雜、經濟上不可行。
寄望海洋解決方案,保障核燃料供應
隨著中國加快核電能力建設,確保鈾的穩(wěn)定供應已成為戰(zhàn)略重點,尤其是中國仍依賴進口。這種依賴使尋求替代提取方法的工作變得更加緊迫,包括利用海洋資源的方法。
據報道,研究團隊負責人周永全表示,此前關于光驅動微型馬達的研究大多未專門針對鈾。他指出,雖然基礎技術并不新鮮,但其在鈾提取上的應用仍相對未被探索。
在微觀尺度上,該團隊制備了直徑約2微米的多孔海綿狀顆粒,遠細于人的頭發(fā)絲,并調節(jié)其內部化學性質,以在水環(huán)境中保持長期穩(wěn)定性。這些顆粒可充當微型馬達:當接觸少量過氧化氫時,它們便產生推力,以每秒約7微米的速度在水中移動,實現主動游走而非被動擴散。
當暴露在光下時,這些顆粒會加速,速度幾乎翻倍,獲得太陽能驅動的提升。在實驗室測試中,它們從水中提取鈾的效率很高,捕獲量高達每克406毫克。隨后,鈾被轉化為穩(wěn)定的礦化形態(tài),便于分離和安全儲存。
與依賴被動接觸的傳統吸附劑不同,新系統能在水中主動游走,定位并捕獲鈾離子。正如周永全解釋的那樣,這種微型馬達能自主運行,而非固定不動。以光驅動,它能自行移動,與傳統的固定材料相比,提供了一種更節(jié)能環(huán)保的方法。
在對照實驗中,研究人員記錄到類似生物捕食者-獵物動態(tài)的涌現行為。當主動微型馬達與被動膠體顆粒組合時,系統展現出類似“捕獵”、“逃逸”和協調群集運動的模式,這些相互作用會隨燃料濃度的變化而改變。
大部分實驗工作由伊克拉姆·穆罕默德主導,周永全指出,其基本概念可拓展至回收銣和銫等其他戰(zhàn)略元素。雖然早期結果充滿希望,但周永全強調,該技術仍處于起步階段,面臨重大的可擴展性挑戰(zhàn)。
高鹽度環(huán)境(如鹽湖)目前限制了這種微型馬達的運作。這位中國科學家補充說,進一步的優(yōu)化工作正在進行,并強調將該系統轉化為實際應用需要持續(xù)的研究和工程改進。
如果朋友們喜歡,敬請關注“知新了了”!
特別聲明:以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發(fā)布,本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.