Nanorørskove drikker vand fra tør luft

(Phys.org) - Hvis du ikke vil dø af tørst i ørkenen, være som billen. Eller have en nanorørskop til rådighed. Ny forskning fra forskere ved Rice University viste, at skove af kulnanorør kan laves til at høste vandmolekyler fra tørre ørkenluft og gemme dem til fremtidig brug.

Opfindelsen, de kalder et "hygroskopisk stillads", er detaljeret i et nyt papir i American Chemical Society journal Anvendte materialer og grænseflader .

Forskere i laboratoriet af rismaterialeforsker Pulickel Ajayan fandt en måde at efterligne Stenocara -billen, som overlever i ørkenen ved at strække sine vinger for at fange og drikke vandmolekyler fra den tidlige morgentåge.

De modificerede kulstof -nanorørskove vokset gennem en proces skabt ved Rice, giver nanorørene en superhydrofob (vandafvisende) bund og en hydrofil (vandelskende) top. Skoven tiltrækker vandmolekyler fra luften og fordi siderne er naturligt hydrofobe, fanger dem inde.

"Det kræver ingen ekstern energi, og det holder vand inde i skoven, "sagde kandidatstuderende og første forfatter Sehmus Ozden." Du kan klemme skoven for at tage vandet ud og bruge materialet igen. "

Skovene, der vokser via vandassisteret kemisk dampaflejring, består af nanorør, der kun måler nogle få nanometer (milliarder af en meter) på tværs og cirka en centimeter lange.

Rice -teamet ledet af Ozden aflejrede et superhydrofobisk lag på toppen af ​​skoven og fjernede derefter skoven fra sin siliciumbase, vendte den og tilføjede et lag af hydrofil polymer til den anden side.

I test, vandmolekyler bundet til den hydrofile top og trængte ind i skoven gennem kapillærvirkning og tyngdekraft. (Luften inde i skoven komprimeres snarere end udvises, forskerne antog.) Når lidt vand binder sig til skovens baldakin, effekten multipliceres, når molekylerne trækkes ind, spredt ud over nanorørene gennem van der Waals styrker, hydrogenbinding og dipolinteraktioner. Molekylerne trækker derefter mere vand ind.

Forskerne testede flere varianter af deres kop. Med kun det øverste hydrofile lag, skovene faldt fra hinanden, når de blev udsat for fugtig luft, fordi den ubehandlede bund manglede de polymere led, der holdt toppen sammen. Med en hydrofil top og bund, skoven holdt sammen, men vand løb lige igennem.

Men med en hydrofob bund og hydrofil top, skoven forblev intakt, selv efter at han havde samlet 80 procent af sin vægt i vand.

Mængden af ​​opsamlet vanddamp afhænger af luftens fugtighed. En prøve på 8 milligram (med en overflade på 0,25 kvadratcentimeter) trak 27,4 procent af sin vægt over 11 timer i tør luft, og 80 procent over 13 timer i fugtig luft. Yderligere test viste, at skovene betydeligt bremsede fordampningen af ​​det fangede vand.

Hvis det bliver muligt at dyrke nanorørskove i stor skala, opfindelsen kan blive en effektiv, effektiv vandopsamlingsenhed, fordi den ikke kræver en ekstern energikilde, sagde forskerne.

Ozden sagde, at produktionen af ​​carbon nanorørarrays i en skala, der er nødvendig for at bringe opfindelsen til praktisk anvendelse, fortsat er en flaskehals. "Hvis det bliver muligt at lave store nanorørskove, det vil være et meget let materiale at lave, " han sagde.

Medforfattere er postdoktoral forsker Liehui Ge, kandidatstuderende Amelia Hart og senior fakultet stipendiat Robert Vajtai, alt af ris; Risalumn Tharangattu Narayanan, en videnskabsmand ved Central Electrochemical Research Institute, Karaikudi, Indien; Hyunseung Yang, en kandidatstuderende ved Korea Institute of Science and Technology og tidligere gæsteforsker ved Rice; og Srividya Sridhar, en kandidatstuderende ved Delhi Technological University, Indien, og gæsteforsker ved Rice. Ajayan er Rices Benjamin M. og Mary Greenwood Anderson professor i maskinteknik og materialevidenskab og kemi, og formand for Institut for Materialevidenskab og NanoEngineering.