一款新型裝置不需要齒輪，也無需燃料，甚至不使用任何化學反應。它僅憑快速的電流震動，就能將水中的鹽和重金屬提取出來。來自加州大學爾灣分校和特拉維夫大學的研究人員，揭曉了一種首創的基於棘輪的離子泵。與標準泵相比，這種裝置僅通過低電壓的電信號，便能在液體中移動帶電粒子，無需任何運動部件、化學物質或高能反應。在測試中，團隊成功地去除了水中50%的鹽分。
離子在流體中的移動管理對於多種應用至關重要，無論是清潔水源還是人體生物學。然而，現有的人工泵常常受到複雜且昂貴的化學反應的限制。這些系統通常消耗大量能源，並依賴複雜的電化學反應，這在一定程度上限制了整體效率。這項新技術則繞過了這些障礙，取而代之的是一種更清潔、簡化的電氣方法。
這種裝置使用一種薄而多孔的晶圓，並在其表面塗覆金屬層。當施加一種以閃電般速度開關的低電壓信號時，便會產生物理學家所稱的棘輪效應。加州大學爾灣分校的化學教授Shane Ardo表示，棘輪是一種非平衡裝置，利用時間控制的輸入信號和空間不對稱性來驅動穩態粒子流動。共同作者補充道，結構不對稱性與金屬-電解質界面的獨特納米級特性結合，提供了使棘輪運作所需的必要成分。
這種新型離子泵的運作方式如同分子交通控制器，使用一層納米多孔膜夾在兩層超薄金屬層之間。通過快速脈衝的低電壓電場，利用這些金屬表面在液體中的不對稱充電與放電，產生內建電壓，推動離子朝著單一穩定方向移動，形成棘輪效應，而無需傳統過濾器所需的複雜化學反應或高能耗。
在測試中，研究人員建造了一個固態去離子化系統，成功地以最低電壓去除水中50%的鹽分。該裝置能在抵抗外部阻力的情況下，維持穩定的粒子流，這是通過將泵與選擇性離子膜結合，創建專門的離子電路來達成的。這種設置證實了該泵能夠將鹽分提取到一個獨立的電池中，而不需要運動部件或高能化學反應，這些問題一直困擾著目前的海水淡化方法。
選擇性分離對於多種應用都是有用的，例如更有效的飲用水淨化，還有從海水中提取鋰離子，生物醫療設備的各種用途，以及回收電池材料。特拉維夫大學的電機工程副教授Gideon Segev表示，去除液體中微量離子的能力，對於處理被重金屬污染的水質至關重要。這項技術不僅能淨化水源，其精確性還允許其在幾十億分之一的濃度下，針對如鉛等有毒重金屬進行去除，而不會剝奪人類所需的基本礦物質。
這項技術的精確性為全球性突破鋪平了道路，從低成本的海水淡化、高效的電池回收，到從海洋中提取鋰及為先進醫療植入物供電等應用。這項研究的結果已發表在《Nature Materials》期刊上。
