تکنولوژی
دانشمندان NYU کریستال‌هایی را برای استخراج آب از هوا بدون استفاده از انرژی ایجاد کردند
محققان آزمایشگاه مواد هوشمند NYU Abu Dhabi کریستالی به نام ‘Janus’ تولید کردند که می‌تواند بدون استفاده از انرژی از مه آب استخراج کند. این کریستال‌ها با الهام گرفتن از ساختار‌های سطحی جانداران و گیاهان بیابانی ساخته شده‌اند و دارای دو ناحیه آب‌دوست و آب‌گریز هستند که به طور مؤثری رطوبت هوا را جذب و منتقل می‌کنند. این نوآوری می‌تواند به تأمین آب در مناطق خشک کمک کند.
تیمی از محققان دانشگاه جیلین و آزمایشگاه مواد هوشمند NYU Abu Dhabi و مرکز مواد هوشمند، به رهبری پروفسور شیمی، پنسه نائوموف، ماده کریستالی جدیدی را توسعه داده‌اند که می‌تواند آب را از مه بدون ورود هرگونه انرژی برداشت کند. این نوع کریستال هوشمند نوآورانه که به عنوان کریستال‌های جانوس شناخته می‌شود، از گیاهان و جانداران بیابانی که در شرایط خشک زندگی می‌کنند، الهام گرفته شده است. برای مثال، سوسک‌ها و مارمولک‌های بیابانی ساختار‌های سطحی با نواحی آب‌دوست (جذب‌کننده آب) و آب‌گریز (دفع‌کننده آب) دارا می‌باشند که به طور موثری رطوبت هوا را جذب می‌کنند. آب به نواحی آب‌دوست جذب شده و سپس به نواحی آب‌گریز منتقل و انباشته می‌شود. پروفسور نائوموف توضیح داد، “کریستال‌های توسعه یافته توسط تیم ما نه تنها از انعطاف‌پذیری مکانیکی و شفافیت نوری کریستال‌های آلی بهره می‌برند، بلکه راه را برای طراحی جمع‌کنندگان فعال، خودحس‌کن و کارآمد فعال کننده سطحی باز می‌کنند. این مواد زمانی که در مقیاس بزرگتر استفاده شوند، می توانند در مبارزه با کمبود آب در سطح جامعه کمک کنند.” یافته‌های تحقیقاتی در مقاله‌ای با عنوان “برداشت کارآمد هوازی آب با کریستال‌های جانوس دینامیک خودحس‌کن” در مجله انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است. تیم تحقیقاتی سه ترکیب آلی با انعطاف‌پذیری شیمیایی بالا را برای پرورش کریستال‌های آلی الاستیک شناسایی کرده‌اند. محققان نحوه تعامل مواد مختلف با آب موجود در هوا را آزمایش کرده و کریستال‌های جانوس تشکیل داده‌اند. این کریستال‌ها دارای نواحی آب‌دوست و آب‌گریز منحصر به فردی در سطح خود هستند. ناحیه آب‌دوست به طور موثری آب را جذب کرده، در حالی که قسمت آب‌گریز انتقال آب جمع‌آوری شده به محل تعیین شده را تسهیل می‌کند. کریستال‌های جانوس کارایی بسزایی در جذب رطوبت از جو نشان داده و قابلیت جمع‌آوری آب خود را به صورت برجسته به نمایش می‌گذارد. طراحی‌های باریک و نور شفاف به محققان اجازه می‌دهد تا فرآیند جمع‌آوری و تراکم قطرات مه را در زمان واقعی مشاهده کنند، با استفاده از نور به عنوان ابزار نظارت. نمک‌زدایی روش گسترده‌ای برای تولید آب شرب از آب شور است. با این حال، این فرآیند استخراج نمک حل‌شده به انرژی زیادی نیاز دارد، که این یک راه‌حل پرانرژی‌بر است. کریستال‌های جانوس امکان تراکم رطوبت هوایی یا مه را تحت شرایط محیطی به صورت خودجوش فراهم می‌آورند. این فرآیند امکان جمع‌آوری رطوبت به صورت کارآمد را بدون نیاز به ورود انرژی اضافی فراهم می‌کند، ویژگی‌های منحصر به فرد این کریستال‌ها را در تسهیل برداشت آب از محیط برجسته می‌کند. کریستال‌های جانوس به طور قابل ملاحظه‌ای از کریستال‌های آلی متخلخل قبلاً گزارش شده پیش رفت کرده‌اند، به واسطه ادغام عملکرد جمع‌آوری و انتقال آب بر روی سطح آنها. این طراحی نوآورانه فرآیند برداشت آب را به شدت کارآمد می‌سازد و جمع‌آوری آب را حتی در شرایط محیطی بهینه می‌سازد. “در جو زمین مقدار زیادی آب تازه دست نخورده وجود دارد، اما ما به طور فوری به مواد نیاز داریم که می‌توانند به طور موثری این رطوبت را جذب، جمع‌آوری و به آب آشامیدنی تراکم کنند.” نظر نائوموف. “کریستال‌های توسعه‌یافته توسط تیم ما نه تنها از همخوانی مکانیکی و شفافیت نوری کریستال‌های آلی استفاده می‌کنند، بلکه طراحی جمع‌کننده‌های فعال، خودحس‌کن و کارآمد فعال‌کننده سطحی را فراهم می‌آورند که زمانی که در مقیاس بزرگتر استفاده شوند، می توانند به ما در مبارزه با کمبود آب در سطح جامعه کمک کنند.”
