Estruturas minaºsculas inspiradas na forma de espinhos de cactos permitem que um material recanãm-criado reaºna águapota¡vel do ar de dia e de noite, combinando duas tecnologias de coleta de águaem uma.

O material, uma membrana de hidrogel micro-arquitetada (mais sobre isso mais tarde), pode produzir águapor meio da geração solar de vapor- águae da coleta de nanãvoa - dois processos independentes que normalmente requerem dois dispositivos separados. Um artigo sobre o material foi publicado na Nature Communications em 14 de maio.

A coleção Fog éexatamente o que parece. Anoite, as nuvens baixas ao longo da costa do mar são pesadas com gotas de água. Dispositivos que podem se aglutinar e coletar essas gota­culas podem transformar a nanãvoa em águapota¡vel.

A geração de vapor solar éoutra técnica de coleta de a¡gua. Funciona especialmente bem nas áreas costeiras porque também écapaz de purificar a a¡gua, embora funcione durante o dia em vez de a  noite. No manãtodo, o calor do sol faz com que a águaevapore em vapor, o que faz com que a águaevapore em vapor, que pode ser condensado em águapota¡vel.

Como as duas tecnologias operam em condições tão diferentes, normalmente requerem materiais e dispositivos diferentes para funcionarem. Agora, um material desenvolvido na Caltech poderia combina¡-los em um aºnico dispositivo, trabalhando para gerar águalimpa 24 horas por dia.

"A escassez de águaéum grande problema que a humanidade tera¡ de superar a  medida que a população mundial continua a crescer", disse Julia R. Greer, Professora Ruben F. e Donna Mettler de Ciência de Materiais, Meca¢nica e Engenharia Manãdica e Diretora da Fundação Fletcher Jones da o Instituto de Nanociaªncia Kavli. "A águacobre três quartos do globo, mas apenas cerca de metade de um por cento é águadoce dispona­vel."

Greer passou sua carreira desenvolvendo materiais com micro e nanoarquitetura; isto anã, materiais cujas próprias formas (controladas em cada escala de comprimento, nanosca³pica e microsca³pica) lhes conferem propriedades incomuns e potencialmente aºteis. Nesse caso, Greer colaborou com Ye Shi, ex-bolsista de pa³s-doutorado na Caltech e agora bolsista de pa³s-doutorado na UCLA, para criar uma membrana de minaºsculos espinhos dispostos que lembram a¡rvores de Natal, mas que na verdade são inspirados no formato dos espinhos dos cactos.

“Os cactos são adaptados de forma única para sobreviver em climas secos”, diz Shi. "No nosso caso, essas espinhas, que chamamos de 'micro-a¡rvores", atraem gota­culas microsca³picas de águaque estãosuspensas no ar, permitindo que deslizem pela base da espinha e se aglutinem com outras gota­culas em gotas relativamente pesadas que eventualmente convergem em um reservata³rio de águaque pode ser aproveitado. "

As espinhas são feitas de hidrogel; ou seja, uma rede de polímeros hidrofa­licos (que amam a a¡gua) que atraem águanaturalmente. Devido ao seu tamanho minaºsculo, eles podem ser impressos em uma membrana fina. Durante o dia, a membrana de hidrogel absorve a luz do sol para aquecer a águapresa abaixo dela, que se transforma em vapor. O vapor então condensa novamente em uma tampa transparente, onde pode ser coletado. Durante a noite, a tampa transparente dobra-se e a membrana de hidrogel éexposta ao ar aºmido para capturar a nanãvoa. Como tal, o material pode coletar águatanto do vapor quanto da nanãvoa.

Em um teste de operação conduzido durante a noite, amostras dos materiais com uma área de 55 a 125 centa­metros quadrados foram capazes de coletar cerca de 35 mililitros de águada nanãvoa. Em testes durante o dia, o material foi capaz de coletar cerca de 125 mililitros do vapor solar.

O hidrogel em si éum gel composto de a¡lcool polivina­lico / polipirrol (PVA / PPy), um material não ta³xico e flexa­vel usado em inaºmeras aplicações, incluindo em capacitores, sensores de tensão e temperatura vesta­veis e baterias.

Para ajustar o design das micro-a¡rvores, Greer e Shi trabalharam com Harry Atwater do Caltech, Howard Hughes Professor de Fa­sica Aplicada e Ciência dos Materiais; e Ognjen Ilic, ex-bolsista de pa³s-doutorado na Caltech e agora Benjamin Mayhugh Professor Assistente de Engenharia Meca¢nica na Universidade de Minnesota.

Usando modelagem por computador, Ilic calculou a distribuição de calor dentro das micro-a¡rvores para ajudar a definir o tamanho e a forma que seriam mais eficazes para extrair águado ar. Com essa prova de conceito bem-sucedida, a equipe agora espera encontrar um parceiro privado capaz de comercializar a tecnologia para regiaµes com escassez de a¡gua.

"a‰ realmente inspirador que uma membrana de pola­mero hidrofa­lico relativamente simples possa ser moldada em uma morfologia que se assemelha a espinhos de cactos e ser capaz de um grande aprimoramento na coleta de água. Acho que a evolução realmente funciona", diz Greer.

O artigo da Nature Communications éintitulado "Coleta de águadoce durante todo o dia por membranas de hidrogel microestruturadas".