Kryształy Janusa, opracowane przez międzynarodowych badaczy, skutecznie zbierają wodę atmosferyczną bez energii, inspirowane organizmami pustynnymi, oferując obiecujące rozwiązanie problemu globalnego niedoboru wody.
Zespół naukowców z Uniwersytetu Jilin, Laboratorium Materiałów Inteligentnych na Uniwersytecie Nowojorskim w Abu Zabi i Centrum Inteligentnych Materiałów Inżynieryjnych opracował nowy materiał krystaliczny, który może zbierać wodę z mgły bez wkładu energii.
Te nowatorskie inteligentne kryształy, zwane kryształami Janusa, inspirowane są pustynnymi roślinami i zwierzętami, które mogą przetrwać w suchych warunkach. Na przykład chrząszcze i jaszczurki pustynne ewoluowały, aby wykształcić struktury powierzchniowe posiadające obszary zarówno hydrofilowe, jak i hydrofobowe oraz skutecznie wychwytujące wilgoć z powietrza. Woda jest przyciągana do obszarów hydrofilowych, a kropelki gromadzą się i są transportowane przez obszary hydrofobowe.
Zespół kierowany przez profesora chemii Pance Naumova przedstawił swoje odkrycia w nowym artykule opublikowanym w czasopiśmie „ Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego.
Rozwój i właściwości kryształów Janusa
Naukowcy wybrali trzy wszechstronne chemicznie związki organiczne, z których wyhodowali elastyczne kryształy organiczne. Następnie przetestowali, w jaki sposób każdy z tych materiałów wchodzi w interakcję z wodą unoszącą się w powietrzu, co doprowadziło do powstania nowych materiałów gromadzących wodę, kryształów Janusa, które zawierają zarówno obszary hydrofilowe, jak i hydrofobowe na poziomie powierzchni, jeden do wychwytywania wody, a drugi do przenoszenia go do pojemnika w celu zbiórki.
Kryształy Janusa wychwytują wilgoć z wilgotnego powietrza z najwyższą w historii wydajnością gromadzenia wody. Wąskie i przepuszczające światło struktury kryształów umożliwiają naukowcom monitorowanie gromadzenia i kondensacji kropelek mgły w czasie rzeczywistym za pomocą światła.
Energooszczędna metoda gromadzenia wody
Odsalanie jest szeroko stosowaną metodą produkcji wody pitnej, jednak do oddzielenia soli rozpuszczonej w słonej wodzie wymagany jest energochłonny proces. Natomiast proces kondensacji wilgoci powietrznej lub mgły wykorzystywany przez kryształy Janusa jest spontaniczny w warunkach otoczenia i może być przeprowadzony bez wkładu energii, potencjalnie zapewniając niewyczerpane źródło czystej wody.
W przeciwieństwie do wcześniej opisywanych porowatych kryształów organicznych, kryształy Janusa łączą na swojej powierzchni funkcje gromadzenia i dostarczania wody, tworząc wysoce wydajny proces gromadzenia wody, który maksymalizuje ilość zebranej wody w warunkach otoczenia.
Wpływ i przyszłe zastosowania
„Atmosfera ziemska zawiera mnóstwo niewykorzystanej słodkiej wody, ale desperacko potrzebujemy materiałów, które będą w stanie skutecznie wychwytywać i gromadzić tę wilgoć oraz skroplić ją w wodę pitną” – powiedział Naumov. „Kryształy opracowane przez nasz zespół nie tylko wykorzystują podatność mechaniczną i przezroczystość optyczną kryształów organicznych, ale także torują drogę do projektowania aktywnych, samoczujących i wydajnych kombajnów powierzchniowo czynnych, które użyte na większą skalę , może pomóc nam w walce z niedoborem wody na poziomie społecznym”.
Odniesienie: „Efektywne zbieranie wody z powietrza za pomocą samoczujących dynamicznych kryształów Janusa” autorstwa Linfeng Lan, Liang Li, Chenguang Wang, Panče Naumov i Hongyu Zhang, 22 października 2024 r., Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego.
DOI: 10.1021/jacs.4c11689
