Группа ученых-материаловедов из Массачусетского технологического института обратила внимание на одну особенность: материалы, эффективно поглощающие влагу из воздуха, не торопятся с ней расставаться. Приходится тратить много энергии и времени на то, чтобы отделить воду от сорбента. Решение этой проблемы подсказал ультразвук.
Ультразвуковые волны, распространяющиеся с частотой более 20 кГц, не видны и не слышны человеку. И, как выяснили ученые, вибрируют именно с той частотой, которая необходима для вытряхивания воды из материала, сообщает MIT News.
«С помощью ультразвука мы можем направленно разрушать слабые связи между молекулами воды и местами их скопления, — сказал Ифтекхар Шуво, один из исследователей. — Вода как будто танцует на волнах, и это целенаправленное возмущение создает импульс, который высвобождает молекулы воды, и мы видим, как они распадаются на капли».
Исследователи разработали новый ультразвуковой механизм для сбора воды из материала, поглощающего атмосферную воду. В основе устройства — плоское керамическое кольцо, вибрирующее при подаче напряжения. Оно окружено внешним кольцом, усыпанным крошечными соплами. Капли воды, выбитые из материала ультразвуком, могут падать через сопло в сборные сосуды, размещенные выше и ниже вибрирующего кольца.
В ходе испытаний созданный ранее сорбент для сбора атмосферной влаги размером 0,5 см поместили в камеры с различным уровнем влажности. После того как образцы насыщались влагой, их клали на привод, вибрирующий на ультразвуковой частоте. Во всех случаях устройство смогло осушить сорбент всего за несколько минут. По подсчетам ученых, ультразвуковая конструкция, по сравнению с использованием солнечного тепла, в 45 раз эффективнее извлекает воду из того же материала.
Вдобавок, преимущество изобретения в том, что оно может стать дополнением практически любого сорбента. После насыщения материала влагой привод, работающий от солнечной батареи, включается на краткое время, чтобы вытряхнуть воду. После этого материал снова готов впитывать воду из воздуха.
В атмосфере Земли находится примерно 13 млн гигалитров воды, и в некоторых регионах планеты больше питьевую воду взять неоткуда. Международная команда ученых разработала наноматериал на основе графена, способный вытягивать из атмосферы в три раза больше влаги, чем весит сам, и быстрее, чем могут предложить существующие технологии.
