Mogłoby się wydawać, że podstawowe właściwości powszechnie występujących i powszechnie wykorzystywanych materiałów już znamy. Okazuje się jednak, że czasami trzeba przypadkowego połączenia dwóch różnych cech, aby uzyskać materiał, którego nikt się nie spodziewał, a który może rozwiązać naprawdę wiele problemów. Opisywany tutaj nietypowy materiał działa w oparciu o zjawisko tzw. skraplania kapilarnego, czyli procesu, w którym para wodna skrapla się wewnątrz mikroskopijnych porów przy wilgotności względnej znacznie niższej niż 100%. W odróżnieniu od tradycyjnych systemów poboru wody, które wymagają chłodzenia lub wysokiej wilgotności, ten konkretny nanomateriał gromadzi wodę nawet przy niskiej wilgotności powietrza. Jak by tego było mało, tak zebraną wodę materiał transportuje z powrotem na powierzchnię, gdzie gromadzi się ona w zaskakująco stabilnych kroplach.
Za odkryciem stoi zespół pod kierownictwem profesorów Daeyeona Lee i Amisha Patela z wydziału inżynierii chemicznej University of Pennsylvania. Badacze początkowo eksperymentowali z kombinacją hydrofilowych nanoporów i hydrofobowych polimerów. To właśnie w trakcie tych testów badacze z zaskoczeniem zauważyli, że na powierzchni materiału zaczęły samoczynnie pojawiać się krople wody. To niespodziewane zjawisko skłoniło ich do dokładniejszych analiz.
Czytaj także: Kontrola światła w 6 femtosekund. Brytyjczycy i Amerykanie dokonali niemożliwego
Okazało się, że materiał łączy właściwości przyciągające i odpychające wodę w sposób na tyle precyzyjny, że tworzy coś w rodzaju ukrytych rezerwuarów. Para wodna z powietrza jest zasysana do wnętrza mikroskopijnych porów na powierzchni, po czym transportowana jest na zewnątrz, gdzie zbiera się w kroplach. Co istotne, w przeciwieństwie do wielu znanych materiałów porowatych, woda nie pozostaje uwięziona w nanoporach, a aktywnie przemieszcza się na jej powierzchnię.
Aby upewnić się, że zjawisko nie było wynikiem przypadkowej kondensacji na skutek różnic temperatur, naukowcy zmieniali grubość próbki nanomateriału. Okazało się, że im grubszy materiał, tym więcej wody gromadził — co potwierdziło, że wilgoć rzeczywiście aktywnie zasysana jest przez niego z powietrza.
Jeszcze większe zdumienie naukowców wywołała trwałość powstających kropli. Biorąc pod uwagę ich niewielki rozmiar i dużą krzywiznę, zgodnie z dotychczasowymi modelami fizycznymi powinny względnie szybko odparowywać. Tymczasem pozostawały one stabilne przez długi czas. Można powiedzieć, że w ten sposób naukowcy zyskali kolejną zagadkę do rozwiązania, tym razem z zakresu wiedzy o parowaniu i napięciu powierzchniowym w skali nano.
Czytaj także: Materiał lekki jak styropian, wytrzymały jak stal. Naukowcy dokonali niemożliwego
Konsultacje ze specjalistami od materiałów porowatych z Politechniki w Monachium potwierdziły, że zachowanie nowego materiału faktycznie jest niezwykle nietypowe i wprost otwiera wrota do jego wykorzystania w wielu praktycznych zastosowaniach.
Jedną z największych zalet nowego materiału jest jego prostota i niski koszt produkcji. Powstaje z łatwo dostępnych polimerów i nanocząstek przy użyciu standardowych technik wytwarzania. Twórcy materiału już teraz wskazują, że można go będzie wykorzystać w pasywnych zbieraczach wody w regionach charakteryzujących się niską wilgocią, czy też w systemach pasywnego chłodzenia elektroniki.
W najbliższych miesiącach naukowcy będą testować materiał na każdy możliwy sposób, starając się zoptymalizować stosunek komponentów hydrofilowych i hydrofobowych, maksymalizując przy tym proces odprowadzania tak zgromadzonej wody. Celem jest opracowanie materiału, który może stać się podstawą nowych, ekologicznych technologii pozyskiwania wody pitnej, czy też chłodzenia bezemisyjnego.