Un andamio higroscópico creado en la Universidad de Rice es un bosque modificado de nanotubos de carbono que tienen la capacidad de recolectar moléculas de agua del aire. El agua se almacena hasta que se libera apretando el andamio reutilizable o hasta que se evapora lentamente de nuevo a la atmósfera. Crédito:Ajayan Group / Rice University
(Phys.org) —Si no quieres morir de sed en el desierto, sé como el escarabajo. O tenga a mano una taza de nanotubos. Una nueva investigación realizada por científicos de la Universidad de Rice demostró que se pueden hacer bosques de nanotubos de carbono para recolectar moléculas de agua del aire árido del desierto y almacenarlas para uso futuro.
La invención que llaman "andamio higroscópico" se detalla en un nuevo artículo de la revista American Chemical Society. Materiales e interfaces aplicados .
Los investigadores del laboratorio del científico de materiales de Rice Pulickel Ajayan encontraron una manera de imitar al escarabajo Stenocara, que sobrevive en el desierto estirando sus alas para capturar y beber moléculas de agua de la niebla de la mañana.
Modificaron bosques de nanotubos de carbono cultivados a través de un proceso creado en Rice, dando a los nanotubos un fondo superhidrofóbico (repelente al agua) y una parte superior hidrofílica (amante del agua). El bosque atrae moléculas de agua del aire y, porque los lados son naturalmente hidrofóbicos, los atrapa dentro.
"No requiere ninguna energía externa, y mantiene el agua dentro del bosque, ", dijo el estudiante de posgrado y primer autor Sehmus Ozden." Puedes exprimir el bosque para sacar el agua y usar el material nuevamente ".
Los bosques que crecen a través de la deposición de vapor químico asistido por agua consisten en nanotubos que miden solo unos pocos nanómetros (mil millonésimas de metro) de ancho y alrededor de un centímetro de largo.
Una muestra de andamio higroscópico hecho de un bosque de nanotubos de carbono en la Universidad de Rice recolecta y almacena moléculas de agua incluso del aire árido. Las moléculas se hunden en el bosque de arriba hacia abajo, llenando hasta el 80 por ciento del andamio en condiciones húmedas (izquierda), y menos en condiciones templadas (centro) y secas (derecha). Crédito:Ajayan Group / Rice University
El equipo de Rice dirigido por Ozden depositó una capa superhidrofóbica en la parte superior del bosque y luego retiró el bosque de su base de silicio. le dio la vuelta y añadió una capa de polímero hidrófilo al otro lado.
En pruebas, Las moléculas de agua se unieron a la superficie hidrófila y penetraron en el bosque a través de la acción capilar y la gravedad. (El aire dentro del bosque se comprime en lugar de expulsarse, supusieron los investigadores.) Una vez que un poco de agua se adhiere al dosel del bosque, el efecto se multiplica a medida que las moléculas se dibujan en el interior, extendiéndose sobre los nanotubos a través de las fuerzas de van der Waals, enlaces de hidrógeno e interacciones dipolo. Luego, las moléculas absorben más agua.
Las imágenes de microscopio electrónico muestran el lado superhidrofóbico (repelente al agua) (izquierda) de un andamio higroscópico creado en la Universidad de Rice. La imagen de la derecha muestra el lado hidrófilo (amante del agua). Crédito:Ajayan Group / Rice University
Los investigadores probaron varias variantes de su taza. Con solo la capa hidrofílica superior, los bosques se derrumbaron cuando se expusieron al aire húmedo porque el fondo sin tratar carecía de los enlaces de polímero que mantenían la parte superior unida. Con una parte superior e inferior hidrofílicas, el bosque se mantuvo unido pero el agua corría a través de él.
Pero con un fondo hidrofóbico y una parte superior hidrofílica, el bosque permaneció intacto incluso después de recolectar el 80 por ciento de su peso en agua.
La cantidad de vapor de agua capturado depende de la humedad del aire. Una muestra de 8 miligramos (con una superficie de 0,25 centímetros cuadrados) absorbió el 27,4 por ciento de su peso durante 11 horas en aire seco, y 80 por ciento durante 13 horas en aire húmedo. Otras pruebas mostraron que los bosques redujeron significativamente la evaporación del agua atrapada.
Si es posible cultivar bosques de nanotubos a gran escala, la invención podría convertirse en un eficiente, dispositivo de recogida de agua eficaz porque no requiere una fuente de energía externa, dijeron los investigadores.
Un bosque tratado de nanotubos puede recolectar agua del aire árido, según investigadores de la Universidad de Rice. El bloque pequeño que contiene millones de nanotubos de carbono, se puede alterar con polímeros hidrofílicos e hidrofóbicos que lo convierten en una taza que atrae y contiene moléculas de agua hasta que se necesitan. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Ozden dijo que la producción de matrices de nanotubos de carbono a una escala necesaria para poner la invención en práctica sigue siendo un cuello de botella. "Si es posible crear bosques de nanotubos a gran escala, será un material muy fácil de hacer, " él dijo.
Los coautores son el investigador postdoctoral Liehui Ge, la estudiante de posgrado Amelia Hart y el miembro principal de la facultad Robert Vajtai, todo el arroz; Ex alumno de Rice Tharangattu Narayanan, científico del Instituto Central de Investigaciones Electroquímicas, Karaikudi, India; Hyunseung Yang, estudiante de posgrado en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea y ex becario invitado en Rice; y Srividya Sridhar, estudiante de posgrado en la Universidad Tecnológica de Delhi, India, y erudito visitante en Rice. Ajayan es profesor Benjamin M. y Mary Greenwood Anderson de Rice en Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales y de Química, y presidente del Departamento de Ciencia de Materiales y Nanoingeniería.
