Разработан недорогой метод сбора воды из водяного пара или из капель тумана в воздухе, который может найти огромное практическое применение и поможет уменьшить проблему дефицита воды во многих регионах мира.
По словам команды исследователей из штата Пенсильвания и Техасского университета в Далласе, скользкая шероховатая поверхность (SRS, от англ. slippery rough surface), вдохновленная как насекомоядными растениями, так и листьями риса, превосходит по способности собирать воду современные водоотталкивающие поверхности.
Команда сообщила о своей работе 30 марта в Science Advances, журнале открытого доступа.
«Приблизительно 4 миллиарда человек живут в условиях дефицита воды в течение хотя бы части года. Мы разработали недорогой метод сбора воды из водяного пара или из капель тумана в воздухе, который может найти огромное практическое применение и поможет уменьшить проблему дефицита воды во многих регионах мира », - сказал лидер проекта Так-Синг Вонг, который является доцентом машиностроения штата Пенсильвания.
Многие технологии сбора воды не так эффективны, потому что когда вода притягивается к гидрофильной поверхности, вода имеет тенденцию образовывать плоские капли и цепляется за поверхность, что затрудняет ее удаление. Но докторант Вонга, Саймон Дай рассматривал объединение различных биологических стратегий для создания скользкого решения для сбора воды.
«С SRS мы объединили скользкую поверхность насекомоядного растения с поверхностной архитектурой рисового листа, на поверхности которого есть микро/наноразмерные направленные пазы, что позволяет легко удалять воду в одном направлении, но не в другом», - сказал Дай.
Дай разработал скользкую поверхность, вдохновленную насекомоядным растением, с гидрофильными свойствами. В то же время он добавил направляющие канавки и придал новой поверхности микромасштабную шероховатость, которая увеличивала площадь поверхности. Скорость сбора воды и тумана прямо пропорциональна площади поверхности, на которой могут образовываться капли.
На изображении левая панель представляет собой направленную скользкую шероховатую поверхность (SRS, это исследование), средняя панель представляет собой скользкую пористую поверхность с жидкостью (SLIPS), а правая панель является супергидрофобной поверхностью. На этом изображении показано сравнение характеристик сбора воды материалом SRS по сравнению с другими современными водоотталкивающими поверхностями.
Credit: Xianming Dai/Nan Sun/Jing Wang/Tak-Sing Wong /Penn State
Благодаря экспериментам, проведенным в штате Пенн, команда показала, что эти поверхности могут собирать маленькие капли воды из воздуха с более высокой скоростью, чем многие современные поверхности. Моделирование молекулярной динамики, проведенное в UT Dallas коллегой Дая, Стивеном Нильсоном, объясняет, почему гидрофильная поверхность особенно хороша при сборе воды.
«Если материал SRS будет масштабирован, то мы считаем, что сможем собирать более 120 литров воды на квадратный метр поверхности в день, и мы сможем дополнительно увеличить скорость сбора воды, оптимизируя SRS», - говорит Нан Сун, выпускник студент в группе Вонга и соавтор статьи под названием «Гидрофильные наклонные шероховатые поверхности для сбора воды».
Исследователи в настоящее время работают над оптимизацией и масштабированием SRS с целью создания высокоэффективных систем сбора воды для обеспечения чистой водой в районах ее дефицита.
Источник: Xianming Dai, Nan Sun, Steven O. Nielsen, Birgitt Boschitsch Stogin, Jing Wang, Shikuan Yang and Tak-Sing Wong. Hydrophilic directional slippery rough surfaces for water harvesting. Science Advances, 30 Mar 2018 DOI: 10.1126/sciadv.aaq0919