Ny hydrogel udnytter luftfugtighed til praktiske anvendelser

Høj luftfugtighed giver ubehag og får varme dage til at føles mere uudholdelige. Et team af forskere fra National University of Singapore (NUS) har opfundet et nyt gel-lignende materiale, der ikke kun effektivt affugter den omgivende luft for at forbedre den termiske komfort, men det udnytter også fugten i luften til en lang række praktiske anvendelser, fungerer som sol- eller privatskærm, ledende blæk og endda et batteri. Og alle disse interessante egenskaber er iboende i materialet efter vandabsorption, uden behov for ekstern strøm.

Den unikke hydrogel er en form for zinkoxid - en forbindelse, der findes i solcreme - i en gel-lignende tilstand. Det kan absorbere mere end 2,5 gange sin vægt i vand fra det omgivende miljø og fungerer mindst otte gange bedre end kommercielle tørremidler. Det er velegnet til både indendørs og udendørs applikationer, og er også billig og let at producere.

"Singapore, ligesom mange tropiske lande, oplever høje niveauer af relativ luftfugtighed mellem 70 og 80 procent. I et fugtigt miljø, luften er mættet med vand og som følge heraf, sved på vores krop fordamper langsommere. Dette får os til at føle os varmere end den faktiske omgivelsestemperatur, fører til stort ubehag. Vores nye hydrogel sigter mod at opnå en kølende effekt ved at fjerne fugt fra den omgivende luft meget effektivt, " sagde adjunkt Swee Ching TAN fra Institut for Materialevidenskab og Teknik ved NUS Fakultet for Ingeniørvidenskab, der ledede forskningen.

"Denne nye hydrogel præsterer mindst otte gange bedre end eksisterende tørremidler, såsom silicagel og calciumchlorid, ved at fjerne fugt fra luften - den kan absorbere mere vand, arbejder hurtigere og bruger mindre materiale. I modsætning til energikrævende affugtnings- og klimaanlæg, denne hydrogel kræver ikke elektricitet for at fungere. Det kan nemt påføres vægge, vinduer og endda dekorative genstande (såsom en skulptur) til at udføre affugtningsfunktionen, " Asst Prof Tan tilføjede.

Forbedring af termisk komfort

Hydrogeler er materialer, der indeholder store mængder vand og er almindeligt anvendt i kontaktlinser, sårforbinding og produkter til personlig pleje. For nylig, hydrogeler er blevet brugt til biomedicinske anvendelser, såsom vævsteknologi og lægemiddellevering. Imidlertid, hydrogelernes evne til at absorbere vand fra den omgivende luft er ikke blevet undersøgt godt.

Den nye hydrogel udviklet af NUS Engineering-teamet udvinder vandmolekyler fra omgivende luft direkte, og reducerer den relative luftfugtighed i et lukket rum fra 80 procent til 60 procent – ​​inden for den termiske komfortzone – på mindre end syv minutter.

Dette materiale er velegnet til at reducere den relative luftfugtighed i både indendørs og udendørs miljøer, såsom på hospitalsafdelinger og klasseværelser uden aircondition, samt i parker og busstoppesteder.

Udnyttelse af fugtighed til vidtrækkende applikationer

Asst Prof Tan sagde, "Fugt i luften er en rigelig ressource, men der er få forsøg på at høste og bruge det godt. Når vores nye hydrogel absorberer vand, vi observerede, at det viser interessant optisk, elektriske og elektrokemiske egenskaber. Dette åbner op for en lang række nyttige applikationer."

Efter at have taget vand fra miljøet, den nye hydrogel bliver uigennemsigtig og reducerer infrarød transmission med omkring 50 procent. Dette udmønter sig i en reduktion af den omgivende temperatur med mere end syv grader Celsius. Derfor, Hydrogelen kan bruges som et smart vinduesmateriale til at blokere varmen fra naturligt sollys, samtidig med at det fungerer som en privatskærm. Når det bruges sammen med klimaanlæg, bygning eller husejere kan nyde besparelser i energiomkostninger, da den køligere omgivende luft vil kræve mindre elektricitet for at afkøle den til den ønskede temperatur.

En anden interessant anvendelse af hydrogelen er at fungere som en ledende blæk på printplader, der almindeligvis findes i elektroniske enheder. Materialets gelagtige natur gør det yderst attraktivt for fleksibel elektronik. Hydrogelen kan let slettes med almindelige opløsningsmidler såsom eddike, så printpladerne kunne genbruges. Dette ville hjælpe med at reducere elektronisk affald.

Forskerholdet opdagede også, at hydrogelen kan generere omkring 1,8 volt elektricitet - svarende til AA-batteriet - hvilket er tilstrækkeligt til at drive enheder såsom et lille digitalt ur. Som sådan, materialet kan også bruges som nødstrømkilde i situationer, hvor der ikke er sollys eller strømforsyning.

Disse forskningsresultater er blevet offentliggjort online i det videnskabelige tidsskrift Energi- og miljøvidenskab den 24. maj 2018.

Udviklingen af ​​den nye hydrogel understøttes af NUS og uddannelsesministeriet i Singapore. Efter de lovende resultater ved at bruge hydrogel til væsentligt at reducere relativ luftfugtighed, forskerholdet, med støtte fra NUS Industry Liaison Office, har modtaget betydelige midler fra Temasek Foundation Ecosperity til at teste denne nye applikation i større skala i både indendørs og udendørs rum.

NUS-forskerholdet har indgivet patent på deres opfindelse, og forskerne vil udføre flere undersøgelser for yderligere at fremme anvendelsen af ​​de forskellige egenskaber af den nye hydrogel.