Forskere rapporterer om en temperaturfølsom gel, der absorberer og frigiver fugt

Takashi Miyata ved Kansai University og kolleger melder ind Naturkommunikation en temperaturfølsom gel, der absorberer fugt og, ved opvarmning, frigiver det i form af vand. Ansøgninger omfatter energieffektive materialer til kondensering af fugt i vand.

Hydrogeler er stærkt absorberende materialer, og når de inkorporerer polymerkæder, der reagerer på ydre stimuli (såsom pH eller temperatur), kan de vise pludselige volumenændringer, når de omgivende forhold ændrer sig. Sådanne stimuli-responsive hydrogeler har en række potentielle anvendelser, for eksempel i lægemiddelleveringssystemer, sensorer, cellekultur og så videre.

I særdeleshed, termoresponsive hydrogeler, der opbevares i en vandig opløsning, undergår en reversibel faseovergang over en kritisk temperatur, der forårsager en overgang fra en hydreret til en dehydreret tilstand, hvilket resulterer i en drastisk krympning af gelen. Der findes mange undersøgelser af hydrogeler, der reagerer på temperaturændringer, mens de er i opløsning, men de tørrede gelers adfærd i luft er ikke undersøgt endnu.

Nu, Takashi Miyata ved Kansai University og kolleger til stede i en undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation en temperaturfølsom gel, der absorberer fugt og, ved opvarmning, frigiver det i form af vand.

Gelen indeholder en termoreaktionær polymer og en hydrofil komponent (natriumalginat), der øger vandabsorberingen. Overgangstemperaturen for dette materiale er tæt på stuetemperatur, 32 ° C. Ved udsættelse for høj relativ luftfugtighed (80%) ved 25 ° C, gelen absorberer 0,6 g vand pr. gram og svulmer op. Tilstedeværelsen af ​​vand på polymerkæderne får dem til at reagere på temperatur på en lignende måde som hydrogeler nedsænket i opløsning, så kæderne, der i første omgang er hydrofile, skifte til hydrofob med stigende temperatur. Når dette sker, vandmolekylerne desorberes og kondenseres til flydende vand. Ja, da prøven opvarmes til en temperatur på op til 50 ° C, vand vises på overfladen, og dens mængde stiger betydeligt ved temperaturer over 40 ° C.

Gelen fungerer således som en affugter, men i modsætning til traditionelle affugtere, der kræver energi til at fordampe det absorberede vand for at regenerere materialet, og derefter at kondensere det til indsamling, gelen kan kondensere vand simpelthen som reaktion på en lille temperaturændring (fra 25 ° C til 50 ° C). Regenerering af materialet og opsamling af vandet kan således opnås ved hjælp af meget lidt energi. Yderligere optimering er stadig nødvendig, men termoreaktive geler som den, der præsenteres i dette papir, kunne finde anvendelser som energieffektive materialer til kondensering af fugt i vand.

Hydrogel

En hydrogel er et polymert netværk dannet af hydrofile polymerkæder; kædernes hydrofilitet betyder, at når de nedsænkes i vand, kan hydrogeler absorbere store mængder vand (en hydrogel kan indeholde mere end 90% vand), hvilket får gelen til at svulme op, opretholder sin 3D-struktur. Hydrogels bruges i mange sammenhænge, for eksempel som stilladser i vævsteknik, for vedvarende lægemiddellevering eller hvis de indeholder additiv, der er følsom over for bestemte molekyler, som biosensorer.