Væskeafvisende overflade maksimerer vandhøst og transport

Ved at lære, hvordan vand opsamles af levende organismer, herunder risblade og kandeplanter, forskere ved University of Texas i Dallas skabte og testede en kombination af materialer, der kan gøre det samme, men hurtigere.

Skallerne fra visse ørkenboende biller kan fange og lede vanddråber, ligesom teksturer på risblade og kandeplanter. Med den naturlige plan, forskere ved UT Dallas, i samarbejde med Penn State University, konstrueret en overflade og tilført den et flydende smøremiddel, der er hydrofilt - det tiltrækker vand. De var i stand til at "fange" vanddråber fra tåge og luftdamp, og hurtigt lede dem ind i reservoirer via smurte mikrospor.

Deres resultater vises online den 30. marts i journalen Videnskab fremskridt .

"Eksisterende processer til oprettelse af ferskvand, såsom afsaltning, stole på overgangen fra damp til vand, "sagde Dr. Simon Dai, adjunkt i maskinteknik på Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science. "Vi ville skabe en overflade, der både kan fange og dirigere vanddråber effektivt."

Hvis en overflade fanger en vanddråbe for tæt, den kan ikke bevæge sig hurtigt nok til optagelse med en effektiv hastighed, Sagde Dai. Tænk på, hvordan vandet bevæger sig ned ad et glasvindue. Dråben er fastgjort godt og tager lang tid at komme til bunden af ​​glasset. Denne tidskrævende proces betyder, at noget vand kan gå tabt på grund af fordampning, før det nogensinde kan fanges.

For at designe et passende materiale, Dai og hans samarbejdspartnere måtte opfylde nogle forskellige kriterier, herunder at skabe en overflade, der gjorde det muligt at fastholde smøremidlet ensartet. I øvrigt, overfladekemien skulle være mere gunstig for smøremidlet end for vandet til at fugtige faste teksturer, og smøremidlet og vandet kunne ikke blandes sammen.

Forskernes "hydrofile retningsbestemte glatte ru overflader, "eller SRS, kombinerede også de bedste vandhøstede designelementer af flere naturlige stoffer. Tager et fingerpeg fra ørkenbille, de ønskede en overflade, der kunne fange små vanddråber og kombinere dem til at lave store dråber. De parrede denne attribut med den glatte funktion af kandeplanter.

"Vi fandt ud af simuleringer, at molekyler, der tiltrækker vand - eller hydroxy -funktionelle grupper - er de mest effektive til at fange vanddråber. Derfor brugte vi hydrofilt smøremiddel, sagde Dr. Steven Nielsen, lektor i Institut for Kemi og Biokemi ved UT Dallas, og en studie forfatter.

"Vi infunderede vores retningsbestemte ru overflader med hydrofilt flydende smøremiddel, der er molekylært mobilt, så det kan hjælpe det opsamlede vand til at smelte sammen til større dråber, "Sagde Dai." Desuden materialet er skalerbart. I modsætning til de bille-inspirerede overflader, hvor dråbeoprettelse kun forekommer i bestemte områder, vi kan skabe små eller store overflader, alle med evnen til at fange og flytte vand hurtigt overalt på overfladen. "

En anden vigtig komponent i SRS er, at den kan optimeres og justeres til at passe til specifikke applikationer. Disse passer ind i en bred vifte af industrier, herunder aircondition, elproduktion, afsaltning og høst af vand i tørre områder.

"Vi håber, at disse overflader kan skaleres op eller ned afhængigt af behov, "Dai sagde." Næste trin vil omfatte forbedring af kapacitet til at høste vand ved lavere luftfugtighedsområder. "

Forskerne har indgivet patent på teknologien.