（来源：MIT News）

在全球水资源紧缺的时代，从空气中取水已不再是科幻。即便是沙漠地区，空气里也蕴含着可被利用的水分。然而，如何快速、低成本地回收这些水，一直困扰着研究界。

现有技术主要分为两类：主动制冷技术，通过将空气冷却至露点以下以促进凝结；吸附–解吸技术，利用多孔亲水性吸湿剂从空气中收集水分，再通过加热蒸发–冷凝的方式提取水。然而，前者难以小型化，不易实现分布式、低成本的水生产；而后者在目前的发展阶段，其热驱动解吸过程能耗极高。

近日，来自麻省理工学院（MIT）的团队提出了一种全新方案：不用晒，不用等，而是用超声波把水“震”出来。相关研究已发表于 Nature Communications。

这项研究的通讯作者、MIT 首席研究科学家 Svetlana Boriskina 致力于开发能够捕获和操控光及其他辐射形式的新材料与新技术。她的跨学科研究融合了纳米光子学、等离激元学、电子学、热力学与力学等领域。Svetlana 研制了能够在室内外提供热舒适、且无论环境如何都能保持洁净的智能织物；能够在无任何染料或颜料的情况下呈现颜色、并能对外界刺激产生响应的新型超材料；以及能够为偏远无电网地区和灾区提供清洁能源与淡水的创新太阳能收集平台。

她至今仍记得缓慢蒸发过程带来的挫败感。她的团队一直在研发用于大气水收集的先进材料，却始终无法解决同样的问题。这些材料吸湿性极佳，却难以释放水分。

转折来源于 MIT 媒体艺术与科学专业研究生 Ikra Iftekhar Shuvo 的加入，Shuvo 之前一直在研究用于可穿戴医疗设备的超声波技术。当他们一起探讨新的研究方向时，很快意识到：超声可能正是加速取水回收步骤的关键。

超声波的振动频率高到人类无法听见。这些微小而快速的运动恰好足以产生扰动，让水分子从材料内部紧贴的吸附位点上脱离。Shuvo 将这个过程形容为“看着水跳舞般离开材料”。前一刻材料还看起来干干的，下一刻水滴便开始出现、凝结、滑落。

为了实现这一点，团队构建了一个通电后会振动的扁平陶瓷环。其关键就在于一圈压电陶瓷（PZT）和一张打了细密小孔的不锈钢网膜。

当高频电压加在 PZT 环上，它会在平面内微微伸缩，这个细小的形变会被放大成钢网膜的上下振动——频率在 10 万赫兹量级，高到人耳完全听不见。更巧妙的是，PZT 在高频下工作会产生一定的铁电“内损耗”，顺带把膜加热一点点：同一块薄膜，既是振动源，又是一个小号“电热片”。

水并不是凭空出现的。研究团队先做了一类专为“抓水”设计的水凝胶：以聚丙烯酰胺（PAM）为骨架，掺入高浓度氯化锂（LiCl）。锂离子和氯离子像一群“湿气磁铁”，能在从 15% 到 80% 以上的相对湿度下，从空气里持续把水抓进凝胶网络中。

在这套体系里，凝胶的“筋骨”很关键。研究者合成了三种版本：从非常柔软的 HG-A，到能自己立起来的刚性 HG-C，它们的不同只在于一个参数——交联剂含量。结果很直观：越硬的凝胶，在显微镜下结构越紧致，超声通过时衰减也越大，水就越难被“震”出来；越软的凝胶，越像一块会跟着膜一起起伏的“水垫”，更容易把水甩出去，单位能耗也明显更低。

图 | 超声波水分提取概念及高效提取器原型（来源：Nature Communications）

在测试中，研究人员先将小块取水材料放入湿度舱，使其完全饱和，然后分别将它们置于超声装置上。结果非常一致：原本需要几十分钟甚至数小时才能完成的过程，现在只需几分钟。

研究团队估算，他们的超声提取方式比单纯依赖太阳加热高出约 45 倍的效率。这不仅仅是提升，而是彻底进入了另一类性能水平。

基于 10 小时循环实验的数据，团队推算，在 75% 相对湿度条件下，一个 1 平方米的系统每天可产水约 3.25 L/m²/day，单位能耗约 0.576 MJ/kg。由于超声释水不需要阳光照射，装置可以垂直叠层部署。也就是说，用五层叠放的结构即可将同面积产水量提升五倍至 16.25 L/m²/day。如果换用吸水更快的材料，日产水量仍有提升空间。

技术经济分析显示，该系统在 75% 相对湿度条件下的理论制水成本约为 0.19 美元/升，低于多个国家瓶装水的市场价格。水凝胶成本低廉，其寿命对总体水价影响甚微，装置的使用寿命反而更重要。

研究团队设想，该装置可以由小型太阳能电池供电，该太阳能电池还可以作为传感器，检测吸附剂何时吸满。此外，该装置还可以被编程，以便在材料吸收了足够的水分后自动启动。这样，该系统可以在一天内多次循环地从空气中吸收和释放水分。

原文链接：

1.Shuvo, I. I., D., C., Christen, M., Lherbette, M., Liem, C.,Boriskina, S. V. (2025). High-efficiency atmospheric water harvesting enabled by ultrasonic extraction. Nature Communications, 16(1), 9947. DOI: 10.1038/s41467-025-65586-2

2.https://news.mit.edu/2025/ultrasonic-device-dramatically-speeds-harvesting-water-air-1118