По мере того как планета становится суше, исследователи ищут в природе более эффективных способов извлечения воды из воздуха. Теперь команда исследователей из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) и Института биологической инженерии Висса при Гарвардском университете черпала вдохновение у этих организмов, чтобы разработать лучший способ продвижения и транспортировки конденсированной воды. капли.
«Все в восторге от исследований биологических материалов», — сказала Джоанна Айзенберг, профессор материаловедения Эми Смит Берилсон в SEAS и главный преподаватель Института Висса. «Однако до сих пор мы склонны подражать одной вдохновляющей природной системе за раз. Наше исследование показывает, что комплексный био-вдохновленный подход, в котором мы объединяем несколько биологических видов, чтобы придумать нетривиальные конструкции для высокоэффективных материалов с беспрецедентными properties, это новое перспективное направление в биомиметике ».
Новая система, описанная в Nature, вдохновлена ??ухабистым панцирем пустынных жуков, асимметричной структурой шипов кактуса и скользкими поверхностями растений-кувшинов. Материал использует мощь этих природных систем, а также технологию скользких пористых поверхностей, наполненных жидкостью (SLIPS), разработанную в лаборатории Айзенберга, для сбора и направления потока конденсированных капель воды.
Такой подход перспективен не только для сбора воды, но и для промышленных теплообменников.«Тепловые электростанции, например, используют конденсаторы для быстрого преобразования пара в жидкую воду, — сказал Филсок Ким, соавтор статьи, соучредитель и вице-президент по технологиям дочерней компании SEAS SLIPS Technologies, Inc.» Такая конструкция может помочь ускорить этот процесс и даже позволить работать при более высоких температурах, что значительно повысит общую энергоэффективность ».Основные проблемы при сборе атмосферной воды — это контроль размера капель, скорости их образования и направления их потока.В течение многих лет исследователи сосредоточились на гибридной химии шишек жука — гидрофильной вершине с гидрофобным окружением — чтобы объяснить, как жук привлекает воду.
Однако Айзенберг и ее команда вдохновились другой возможностью — выпуклые неровности сами по себе тоже могут собирать воду.«Мы экспериментально обнаружили, что сама по себе геометрия выступов может способствовать конденсации», — сказал Киу-Чул Парк, доктор наук и первый автор статьи. «Оптимизировав эту форму выпуклости с помощью детального теоретического моделирования и объединив ее с асимметрией шипов кактуса и почти не имеющим трения покрытием растений-кувшинов, мы смогли разработать материал, который может собирать и транспортировать больший объем воды за короткое время. время по сравнению с другими поверхностями ".«Без одного из этих параметров вся система не будет работать синергетически, способствуя как росту, так и ускоренному направленному переносу даже небольших, быстро конденсирующихся капель», — сказал Парк.
«Это исследование — захватывающий первый шаг к разработке пассивной системы, которая может эффективно собирать воду и направлять ее в резервуар», — сказал Ким.Это исследование было поддержано Министерством энергетики.