Một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Jilin, Phòng thí nghiệm Vật liệu Thông minh NYU Abu Dhabi và Trung tâm Vật liệu Kỹ thuật Thông minh đã phát triển một loại vật liệu tinh thể mới (crystalline material) có thể thu được nước từ sương mù mà không cần bất kỳ nguồn năng lượng nào.
Những tinh thể thông minh này, được gọi là tinh thể Janus, được lấy cảm hứng từ các loài thực vật và động vật sa mạc, có khả năng sống sót trong điều kiện khô cằn. Chẳng hạn, các con bọ và thằn lằn sa mạc đã tiến hóa để phát triển các cấu trúc da có cả chỗ ưa nước và kỵ nước (hydrophilic and hydrophobic areas), giúp thu hút độ ẩm từ không khí. Nước được hút vào các vùng da ưa nước và các giọt nước được tích tụ và vận chuyển qua các vùng da kỵ nước.
Nhóm nghiên cứu, do Giáo sư Hóa học Pance Naumov dẫn đầu, đã trình bày kết quả nghiên cứu của mình trong một bài báo mới được công bố trên Tạp chí Hội Hóa học Hoa Kỳ.
Tính chất của tinh thể Janus
Các nhà nghiên cứu đã chọn ba hợp chất hữu cơ có khả năng hóa học linh hoạt từ đó họ phát triển các tinh thể hữu cơ đàn hồi. Họ sau đó đã thử nghiệm cách các vật liệu này tương tác với nước có trong không khí, dẫn đến việc tạo ra các vật liệu thu thập nước mới, gọi là tinh thể Janus, có cả vùng ưa nước và kỵ nước trên bề mặt, một vùng để thu nước và một vùng để truyền nước vào một thiết bị chứa (receptacle) để thu thập.
Các tinh thể Janus thu được độ ẩm từ không khí ẩm với hiệu quả thu thập nước cao nhất từ trước đến nay. Các cấu trúc hẹp và trong suốt nhẹ của các tinh thể cho phép các nhà nghiên cứu theo dõi quá trình thu thập và ngưng tụ giọt sương trong thời gian thực bằng cách sử dụng ánh sáng.
Khử muối (desalination) là một phương pháp phổ biến để sản xuất nước uống, tuy nhiên, tách muối hòa tan trong nước mặn là một quy trình tiêu tốn năng lượng. Ngược lại, quá trình ngưng tụ độ ẩm từ không khí hoặc sương mù mà các tinh thể Janus sử dụng xảy ra dưới điều kiện môi trường và có thể thực hiện mà không cần năng lượng đầu vào, có khả năng cung cấp nguồn nước sạch vô tận.
Khác với các tinh thể hữu cơ xốp đã được báo cáo trước đây, các tinh thể Janus kết hợp các chức năng thu thập và truyền nước trên bề mặt, tạo ra một quá trình thu thập nước rất hiệu quả, tối đa hóa lượng nước thu được ở điều kiện môi trường (ambient conditions).
Ứng dụng trong tương lai
“Bầu khí quyển của trái đất chứa một nguồn nước ngọt chưa được khai thác, nhưng chúng ta rất cần những vật liệu có thể thu thập và thu gom độ ẩm này một cách hiệu quả và ngưng tụ nó thành nước uống được (potable water),” Naumov cho biết.
“Các tinh thể do nhóm chúng tôi phát triển không chỉ tận dụng được tính đàn hồi cơ học (mechanical compliance) và tính trong suốt quang học của tinh thể hữu cơ mà còn mở đường cho việc thiết kế các thiết bị thu thập tự động, tự cảm biến và hiệu quả, có thể giúp chúng ta đối phó với tình trạng thiếu nước ở quy mô xã hội khi được sử dụng trên diện rộng.”
Các tinh thể Janus mới thu thập sương mù một cách hiệu quả, lấy cảm hứng từ các loài sa mạc, cung cấp một phương pháp không sử dụng năng lượng để chống lại tình trạng thiếu nước. Ảnh minh họa: SciTechDaily.com
Nghiên cứu tinh thể Janus tại Trung tâm Vật liệu Kỹ thuật Thông minh. Ảnh: NYU Abu Dhabi
