【附视频】针对“常温下的水总是彻底滋润于水”的传统观念，方海平团队提出了一个反传统的理论预言。
从《少年派的奇幻漂流》到《鲁滨孙漂流记》，人在孤岛穷山恶水尤其是茫茫大海上，面对最大的生计应战就是怎么获取淡水。试想一下，假如他具有一个小型手持设备，只要杯子巨细，就能快速从海水中提取很多淡水，生计概率将大大添加。
23日在沪颁授的上海市天然科学一等奖获奖项目，就可以让少年派、鲁滨孙等不再愁。华东理工大学物理学院方海平教授团队“固液微观界面动力学性质的理论研讨及其使用”已有一项落地效果——这一款便携式的海水淡化器，其外形和尺度相似保温杯，分量还不到1公斤，就可为落海者供给超越一周的淡水。
据悉，这也是华理作为牵头单位项目取得的5项一等奖、10项二等奖之一，总计15项大奖效果让他们成为2023年度上海市科技奖大会的获奖大户。
华理上海市科技进步奖一等奖项目“大型水泥出产的悉数进程智能操控与优化运转要害技能及工业使用”演示工厂俯瞰。
那么，“杯子淡化海水”的奥妙是什么？其实，原理很简单——它内部采用了特别的氧化石墨烯膜，可以有用阻挠并过滤盐离子，一同答应水分子经过。
众所周知，石墨烯是由碳原子组成的蜂窝状平面薄膜，其共同的二维结构使其在动力、资料等范畴展现出巨大的使用潜力。世界上遍及期望使用石墨烯的二维特性来构筑高功能的别离膜，以处理污水处理和海水淡化等范畴的核心技能难题。
但是，这一方针的完成要求将石墨烯的“层距离”操控在十分之一纳米的精度，这无疑是一个极具应战性的课题。长期以来，专心于水研讨的方海平教授从2008年开端承受这项应战。
化学家们早就发现，石墨烯的蜂窝状结构具有一种特别的电子行为，这被称为π电子。π电子可以与钠离子等阳离子发生激烈的相互效果，构成“离子-π”效果。但是，由于水合离子的存在，这种效果在水溶液中一般会被忽视。
方海平团队依据核算物理理论，认识到离子-π效果在水溶液中的重要性，并结合量子力学核算，开发了相应的核算软件，提出应当使用离子准确操控石墨烯膜的层距离，以完成离子筛分和海水淡化。
令人兴奋的是，他们的试验成功验证了这一理论预言。解放日报·上观新闻记者了解到，相关论文已在世界顶尖学术期刊《天然》（Nature）上宣布。
依据离子操控石墨烯膜的基础研讨，团队成功研宣布一款实用化的石墨烯复合海水淡化膜。依据装机实测的效果，这种膜的水通量约为美国陶氏海水淡化膜水通量的15倍，是现在最先进的实用化海水淡化膜之一。此外，团队研制出“保温杯”巨细的便携式海水淡化器，效果已当选上海市绿色技能目录。
不止于为海水淡化供给理论支撑，方海平教授团队的另一个重要效果，在于他们在石墨烯外表调查到了一氯化钙的二维晶体。
“这个发现推翻了传统观念，由于人们一般以为，钙是二价的，它的化合物必定是二氯化钙，因而不可能具有铁磁性，并且是绝缘的。”方海平说。
实际上，这些一氯化钙二维晶体展现出很共同的性质，不只具有导电性，还具有室温下的铁磁性。更为稀有的是，它们一同具有压电性质和金属性质——这些特性预示着，在晶体管、磁性设备、导电电极等研制范畴，以及在储氢、催化剂等方面的使用上，它们都会大有用武之地。
对“水滴在水层上”的奇特现象进行理论预言，也是方海平获奖项目的重要效果。人们日常所见的，是水滴在落入水面后，会很快扩散开并融入水体中。但是，针对“常温下水总是彻底滋润于水”的传统观念，方海平团队提出了一个反传统的理论预言。
研讨团队规划出带极化电荷的固体平面，作为一般外表的模型。成本，晶格常数和电荷巨细都可承受调控。这样一来，在外表上晶格和电荷的诱导下，水分子会构成有序结构。在这层结构上，水分子不再铺展开，而是构成水滴，出现“水滴在水层上”的现象。研讨论文于2009年初次宣布后，这一预言很快取得国内外多个课题组的验证，研讨人员在金属、矿藏、氧化物等10多种资料外表都发现了相似现象，标明该现象在天然界中遍及存在。
据介绍，这项开展有望为开展既不易沾污又能减阻的资料提出新的规划思路，例如使用于船只外表防污涂层、医用血管支架等范畴。“多年来，咱们的作业主要是运用理论物理办法，结合核算物理剖析和分子动力学模仿，研讨在外表、细通道内和呼应系统中的离子对水的行为影响，取得了一些遍及规则，信任还有更多的规则等候咱们我们一同去发现，并深化使用。”方海平说。
解放日报·上观新闻记者了解到，华理此次取得上海科技奖赏的项目，有三分之二为天然科学奖类别，这中心还包含化学学院马骧教授领衔的“拼装诱导纯有机室温磷光”项目等一等奖2项，还有资料学院侯宇教授领衔的“新式太阳能电池的要害资料规划及功能调控机制研讨”项目等二等奖8项。从基础研讨到使用研讨，“企业职业命题、校企共答、商场阅卷”，多个获奖项目聚集“大安全”“大健康”两大范畴，聚集新动力、新资料“两新”特征，培养新质出产力并为开展新质出产力带来高水平转化。
