Una observación sorprendente en el laboratorio de ingeniería química en la ingeniería PAN ha llevado a un maravilloso descubrimiento: una nueva clase de material nano estructurado que puede sacar agua del aire, puede acumularse en los agujeros y dejarlo a la superficie sin ninguna energía externa. Investigación, apareció en Desarrollo científicoEn The Chemical and Biometular Engineering (CBE), Dyon Lee, Russell Pierce y Elizabeth Crimea, profesor, profesor en CBE, Mash Patel, Bikeman Kim, Joe’s Lab y el primer autor, un erudito postdocumario, y Stein Golden, y Stein Golden, y Stein Golden, y Stein Golden. Su trabajo describe un material que puede abrir la puerta para nuevos métodos de recolección de aire en áreas y equipos estériles que enfría electrónica o edificios con energía de vapor.
“Ni siquiera estábamos tratando de recolectar agua”, dice Lee. “Estábamos trabajando en otro proyecto que estaba examinando la combinación de nanoporos hidrofélicos y polímeros hidrófobos cuando un ex estudiante de doctorado en nuestro laboratorio, Bharath Venkatesh, vio que estábamos viendo las gotas de agua. No significaba. En ese momento comenzamos a hacer preguntas”.
Como resultado de estas preguntas, se estudió en profundidad un nuevo tipo de sustancia nanopórica epitelial: uno que combina ingredientes de agua (hidrogrimic) y envoltura de agua (hidrofóbica) en una estructura nanoskal única. El resultado es un material que atrapa la humedad del aire y simultáneamente empuja la humedad como las gotas.
Nanoporosis recolectora de agua
Cuando hay condensas de agua en la superficie, generalmente requiere una reducción en la temperatura o demasiados niveles de humedad. Los métodos tradicionales de recolección de agua dependen de estos principios, que a menudo requieren superficies frías o niebla densa para deshabilitar el agua del entorno húmedo. Pero el sistema de Lee y Patel funciona diferente.
En lugar de enfriar, su contenido depende del grosor de la carcasa, un proceso donde los vapores de agua son incluso de baja humedad dentro de pequeños agujeros. Esto no es nuevo. Lo nuevo es que en su sistema, el agua no solo está atrapada dentro del agujero, como generalmente está en tal material.
Patel explicó: “En los materiales de nanoporos ordinarios, una vez que el agua entra en el agujero, vive allí”. “Pero en nuestra sustancia. En nuestra sustancia, el agua se mueve, los primeros golpes se engrosan, luego emerge como gotas. Nunca se vio en ese sistema antes, y antes de tener dudas de nuestras observaciones”.
Un material que niega la física
Antes de entender lo que estaba sucediendo, los investigadores primero pensaron que el agua solo estaba ardiendo en la superficie del material debido a sus muestras de configuración experimentales, como la temperatura de la temperatura en el laboratorio. Para gobernarlo, aumentaron el grosor del material para ver si la cantidad de agua recolectada en la superficie cambiaría.
Lee explicó: “Si lo que estábamos presenciando se debía solo al engrosamiento de la superficie, el grosor del material no cambiaría la cantidad de agua”.
Pero, la cantidad total de agua recolectada aumentó cuando aumentó el grosor de la película, lo que demuestra que las gotas de agua superficial provienen del interior del material.
Aún más sorprendente: las gotas no se han convertido rápidamente en vapores, como predecirá la termodinámica.
“Según Patel, según las gotas y el tamaño, deberían haber enfrentado vapores”. “Pero no lo fueron. Permanecieron estables durante períodos prolongados”.
Con una sustancia que posiblemente podría violar las leyes de física en sus manos, Lee y Patel enviaron su diseño a una pareja para averiguar si sus consecuencias eran viables.
“Estudiamos películas inseguras en muchas situaciones, utilizando cambios sutiles en la polarización de la luz para investigar fenómenos nanósicos complejos”, dice Gilden. “Pero nunca hemos visto algo así. Es absolutamente interesante y claramente dará lugar a una investigación nueva e interesante”.
Un ciclo constante de grosor y liberación
Esto muestra que han desarrollado un material con el equilibrio adecuado de los nanoterales de cultivo de agua y las bolsas de polen de plástico relacionadas con el agua para hacer una película de nano partículas con esta propiedad especial.
“Llegamos por error al dulce lugar”, dice Lee. “Las gotas están conectadas a los depósitos ocultos en los agujeros de abajo. Estos depósitos se llenan permanentemente de vapor de agua, que produce un bucle de amantes del agua y materiales que evitan el agua”.
Una plataforma para la recolección de agua discapacitada y mucho más
Más allá de la física, la simplicidad del contenido es parte de algo que lo hace tan prometedor. Hecho de polímeros y partículas ordinarios, utilizando métodos de tela escalables, estas películas pueden integrarse en niveles para equipos de recolección de agua inactivos, electrónica de enfriamiento o recubrimientos inteligentes para áreas estériles que responden a la humedad.
“Todavía estamos exponiendo el mecanismo de juego”, dice Patel. Estamos aprendiendo de la biología, cómo las células y las proteínas manejan el agua en un entorno complejo, y la aplican para diseñar mejores materiales. “
“Esto es exactamente lo que PAN se ha especializado en ingeniería química, ciencia de materiales, química y biología para resolver problemas importantes”, agregó Lee.
Los siguientes pasos incluyen estudiar cómo mejorar el equilibrio de los ingredientes hidrofélicos e hidrofóbicos, medir el material para el uso del mundo real e investigar cómo las gotas recolectadas hacen que los niveles sean efectivos.
Finalmente, los investigadores esperan que este descubrimiento conduzca a tecnologías que ofrecen agua limpia en el clima seco o que ya usen métodos más sostenibles de enfriamiento utilizando solo vapores de agua en el aire.
El trabajo fue apoyado por la subvención NSF-2309043 de la National Science Foundation y NSF-1933704, el Departamento de Energía Subvención (DES-SC0021241), un doctorado de ingeniería química de semicidio UCL. Studentshop, Grant de Becas del Programa de Investigación de Graduados de la Fundación Nacional de Ciencias (DGE-2236662), una subvención de la Fundación de Investigación de Alfred P Sloan (FG-2017-9406) y la subvención de la Fundación Cameli y Henry Direction (TG-19-033).
