Международная группа химиков создала новый материал из органических кристаллов. Материал похож на тонкие нити и может собирать воду из воздуха без электроэнергии.
Опреснение, или удаление солей, является одним из главных способов получения питьевой и промышленной воды. Процесс потребляет много энергии, даже при простом конденсации очищенной воды из пара.
Группа химиков во главе с профессором Панце Наумовым Pance NaumovПредложив альтернативный подход, разработала для его реализации «умные» кристаллы. Ученые назвали разработку «кристаллами Януса» (Janus crystalsКукла сделана в виде Януса, старинного римского бога с двумя лицами.
Растения и животные сухих районов стали источником вдохновения для учёных благодаря умению выживать в этих условиях. В ходе эволюции некоторые пустынные насекомые и ящерицы приобрели особую поверхностную структуру, включающую как гидрофильные, так и гидрофобные зоны. Гидрофильные участки притягивают воду, собирая её в капли, которые затем перемещаются через гидрофобные — отталкивающие воду — зоны. Такая адаптация позволяет животным собирать влагу из воздуха даже в местах с годовым количеством осадков меньше сантиметра.
Учёные интегрировали в конструкцию композитных кристаллов гидрофильные и гидрофобные соединения. Конденсация влаги из воздуха или тумана на кристаллах Януса осуществляется без вспомогательных усилий и электричества при обычных условиях температуры и атмосферного давления. Разработка, по мнению учёных, станет источником пресной воды в районах с дорогостоящим опреснением и нестабильной подачей электроэнергии.
Ученые выбрали три органических соединения и вырастилиВ процессе экспериментов исследователи изучили взаимодействие выбранных материалов и их сочетаний с водяным паром, а также оптимизировали форму и состав системы. Гибкие кристаллы – один из таких материалов.
Кристаллы Януса собирают воду из влажного воздуха с рекордной эффективностью: 16 граммов с квадратного сантиметра материала за час. Будучи узкими и прозрачными для видимого света, кристалли позволяют легко наблюдать конденсацию и перемещение капель тумана.
В отличие от предыдущих поколений органических кристаллов с такими же функциями, кристаллы Януса выполняют сбор и транспортировку воды на своей поверхности. делаетПроцесс удаления влаги эффективный при обычных условиях.
В атмосфере Земли много непотребительной пресной воды. Нам нужны материалы, способные захватывать влагу, конденсировать ее и превращать в питьевую. Мы создали такие кристаллы, которые можно использовать для активных, саморегулирующихся и высокоэффективных систем сбора воды. Механическая гибкость и оптическая прозрачность этих кристаллов открывают новые возможности. В будущем масштабное применение таких систем поможет решить проблему нехватки воды во всем обществе.
Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of the American Chemical Society.