Группа ученых из США случайно обнаружила новый класс наноструктурированных материалов, способных поглощать воду из воздуха, накапливать её в порах и высвобождать на поверхность без использования внешней энергии.
Исследователи из Школы инженерии и прикладных наук Пенсильванского университета тестировали комбинацию гидрофильных нанопор и гидрофобных полимеров, когда неожиданно заметили образование капель воды на поверхности материала.
«Мы даже не пытались собирать воду. Это казалось необъяснимым, и тогда мы решили разобраться», — говорит Дэён Ли, профессор химической и биомолекулярной инженерии.
Заинтересовавшись феноменом, ученые провели детальное исследование нового амфифильного нанопористого материала.
Оказалось, что он сочетает в себе гидрофильные и гидрофобные компоненты в уникальной наноструктуре, что открывает перспективы для сбора воды в засушливых регионах и охлаждения электроники или зданий за счёт испарения.
Как это работает?
Обычно конденсация воды происходит только при понижении температуры или высокой влажности, а традиционные методы сбора влаги требуют энергии для охлаждения или наличия плотного тумана.
Новый материал работает иначе: он использует капиллярную конденсацию, при которой водяной пар конденсируется внутри крошечных пор даже при низкой влажности. Затем вода не остаётся в порах, а перемещается на поверхность, образуя капли.
«В нашем материале вода сначала конденсируется внутри пор, а затем выходит на поверхность в виде капель. В обычных нанопористых материалах вода остаётся внутри, но здесь мы наблюдали нечто совершенно новое», - говорят исследователи.
Изначально учёные предполагали, что конденсация вызвана лабораторными артефактами, например, перепадом температур. Однако эксперименты показали, что количество собранной воды зависит от толщины материала, что подтвердило: капли образуются внутри, а не только на поверхности.
Ещё более удивительным оказалось то, что капли не испарялись, как ожидалось. Несмотря на их малый размер, они оставались стабильными в течение длительного времени.
Зачем это нужно?
Материал обладает рядом преимуществ:
- Пассивный сбор воды — не требует энергии, что делает его идеальным для засушливых регионов.
- Охлаждение — может использоваться в системах охлаждения электроники и зданий.
- Простота и масштабируемость — изготавливается из доступных полимеров и наночастиц с помощью стандартных методов.
«Мы случайно нашли идеальный баланс между гидрофильными и гидрофобными свойствами. Это создаёт самоподдерживающуюся систему, где капли связаны со скрытыми резервуарами воды в порах», — говорит Ли.
В будущем исследователи планируют оптимизировать материал для практического применения, улучшая его эффективность и скорость высвобождения воды.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
