Penn Engineering-dəki Kimya Mühəndisliyi laboratoriyasında təsadüfi müşahidə təəccüblü bir kəşfə gətirib çıxardı: heç bir xarici enerjiyə ehtiyac olmadan havadan suyu çəkə, məsamələrdə toplaya və səthlərə buraxa bilən yeni nanostrukturlu materiallar sinfi.

“Science Advances” jurnalında dərc olunan araşdırma, quraq bölgələrdə havadan su toplamaq üçün yeni üsullara və buxarlanma gücündən istifadə edərək elektronika və ya binaları soyudan qurğulara qapı aça biləcək materialı təsvir edir.

Fənlərarası komandaya Daeyeon Lee, Russell Pearce və Elizabeth Crimian Heuer Kimya və Biomolekulyar Mühəndislik (CBE) üzrə professor daxildir; Amish Patel, CBE-nin professoru; Baekmin Kim, Linin laboratoriyasında doktorluqdan sonrakı alim və ilk müəllif; və Münhen Texniki Universitetinin Kompleks Yumşaq Maddələr üzrə professoru Stefan Guldin.

Li deyir: “Biz su toplamağa belə cəhd etmirdik”. “Biz hidrofilik nanoməsamələrin və hidrofobik polimerlərin birləşməsini sınaqdan keçirən başqa bir layihə üzərində işləyirdik, o zaman laboratoriyamızda keçmiş fəlsəfə doktoru Bharath Venkatesh sınaqdan keçirdiyimiz materialda su damcılarının göründüyünü gördü. Bunun mənası yox idi. Elə o zaman suallar verməyə başladıq.”

Bu suallar amfifilik nanoməsaməli materialın yeni növünün dərindən öyrənilməsinə səbəb oldu: unikal nanoölçülü strukturda suyu sevən (hidrofil) və su itələyici (hidrofobik) komponentləri birləşdirən material. Nəticə həm havadan nəm tutan, həm də həmin nəmi damcı şəklində itələyən materialdır.

Su toplayan nanoməsamələr

Su səthlərdə kondensasiya edildikdə, adətən ya temperaturun aşağı düşməsini, ya da çox yüksək rütubət səviyyəsini tələb edir. Adi su yığım üsulları bu prinsiplərə əsaslanır, tez-tez rütubətli mühitlərdən passiv su toplamaq üçün səthlərin soyudulması və ya sıx dumanın əmələ gəlməsi üçün enerji tələb olunur. Lakin Li və Patelin sistemi fərqli işləyir.

Soyutmaq əvəzinə, onların materialı kapilyar kondensasiyaya əsaslanır, bu proses su buxarının hətta aşağı rütubətdə də kiçik məsamələrin içərisində kondensasiyasıdır. Bu yeni deyil. Yeni olan odur ki, onların sistemində su adətən bu tip materiallarda olduğu kimi sadəcə məsamələrin içində qalmır.

“Tipik nanoməsaməli materiallarda su məsamələrə daxil olduqdan sonra orada qalır” deyə Patel izah edir. “Ancaq bizim materialımızda su hərəkət edir, əvvəlcə məsamələrin içərisində kondensasiya olunur, daha sonra damlalar şəklində səthə çıxır. Bu, əvvəllər belə bir sistemdə heç vaxt görülməmişdi və əvvəlcə müşahidələrimizdən şübhələndik.”Oyna

00:11

00:20SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1751428779&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1747903997&rafmt=1&armr=3&format=540×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-05-accidentally-class-nanostructured-materials-passively.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM2LjAuNzEwMy4xMTQiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxMzYuMC43MTAzLjExNCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNi4wLjcxMDMuMTE0Il0sWyJOb3QuQS9CcmFuZCIsIjk5LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1747903961633&bpp=1&bdt=44&idt=40&shv=r20250520&mjsv=m202505210101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3De2af2bea6b3e2e90%3AT%3D1735548424%3ART%3D1747903871%3AS%3DALNI_MZIaWdAh-lthHlhpkWN2g6ZC7xT8A&gpic=UID%3D00000f8412a58936%3AT%3D1735548424%3ART%3D1747903871%3AS%3DALNI_MaJ_6ILTTPz6uEc3lU2rNf9ZPgQbA&eo_id_str=ID%3D1b1b09cf233e1b4b%3AT%3D1735548424%3ART%3D1747903871%3AS%3DAA-AfjZKostxhmsFX2YCqOZbTGHa&prev_fmts=0x0%2C336x280%2C1521x730%2C336x280&nras=2&correlator=236536858434&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=5&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=3079&biw=1521&bih=730&scr_x=0&scr_y=186&eid=42532523%2C95353386%2C31092612%2C42533294%2C95360960&oid=2&pvsid=1146334826949367&tmod=1012410555&uas=1&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C730&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=2&fsb=1&dtd=35559

Fizikaya zidd olan material

Nə baş verdiyini başa düşməzdən əvvəl tədqiqatçılar əvvəlcə suyun laboratoriyadakı temperatur qradiyenti kimi eksperimental qurğularının artefaktına görə materialın səthində kondensasiya etdiyini düşündülər. Bunu istisna etmək üçün səthdə toplanan suyun miqdarının dəyişib-dəyişməyəcəyini görmək üçün materialın qalınlığını artırdılar.

“Əgər müşahidə etdiyimiz şey yalnız səthin kondensasiyası ilə bağlı olsaydı, materialın qalınlığı mövcud suyun miqdarını dəyişdirməzdi” deyə izah edir Li.

Lakin filmin qalınlığı artdıqca toplanan suyun ümumi miqdarı artaraq səthdə əmələ gələn su damcılarının materialın içindən gəldiyini sübut etdi.

Daha da təəccüblüdür: damcılar termodinamikanın proqnozlaşdırdığı kimi tez buxarlanmadı.

“Damlaların əyriliyinə və ölçüsünə görə, onlar buxarlanmalı idi” deyir Patel. “Amma onlar deyildi; onlar uzun müddət sabit qaldılar.”

Əllərində potensial olaraq fizika qanunlarına zidd ola biləcək bir materialla Lee və Patel nəticələrinin təkrarlana biləcəyini öyrənmək üçün dizaynlarını əməkdaşlara göndərdilər.

“Biz mürəkkəb nanoölçülü hadisələri araşdırmaq üçün işığın qütbləşməsində incə dəyişikliklərdən istifadə edərək geniş şəraitdə məsaməli filmləri öyrənirik” dedi Guldin. “Ancaq biz heç vaxt belə bir şey görməmişik. Bu, tamamilə valehedicidir və yeni və həyəcan verici araşdırmalara səbəb olacaq.”

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklər əldə edin .Abunə ol

Kondensasiya və boşalmanın stabilləşdirilmiş dövrü

Məlum oldu ki, onlar bu xüsusi xüsusiyyətə malik nanohissəcik filmi yaratmaq üçün suyu cəlb edən nanohissəciklərin və su itələyici plastikin – polietilenin düzgün balansına malik material yaratmışlar.

Li deyir: “Təsadüfən şirin yerə dəydik”. “Damlacıqlar aşağıdakı məsamələrdəki gizli rezervuarlara bağlıdır. Bu rezervuarlar havadakı su buxarından davamlı olaraq doldurulur və bu, suyu sevən və su itələyici materialların mükəmməl tarazlığı sayəsində mümkün olan əks əlaqə dövrəsini yaradır.”

Passiv su yığımı üçün platforma və s

Fizikaya zidd davranışlardan başqa, materialların sadəliyi onları bu qədər perspektivli edən şeylərin bir hissəsidir. Genişləndirilə bilən istehsal üsullarından istifadə etməklə ümumi polimerlərdən və nanohissəciklərdən hazırlanmış bu filmlər quraq bölgələr üçün passiv su yığan cihazlara , elektronikanın soyudulması üçün səthlərə və ya ətraf mühitin rütubətinə cavab verən ağıllı örtüklərə inteqrasiya oluna bilər.

“Biz hələ də oyunda olan mexanizmləri aşkar edirik” dedi Patel. “Ancaq potensial həyəcanvericidir. Biz biologiyadan öyrənirik – hüceyrələr və zülallar mürəkkəb mühitlərdə suyu necə idarə edir və bunu daha yaxşı materialların dizaynı üçün tətbiq edirik.”

“Böyük problemləri həll etmək üçün kimya mühəndisliyi, materialşünaslıq, kimya və biologiya sahəsində təcrübəni bir araya gətirərək Pennin ən yaxşı etdiyi budur”, – Lee əlavə edir.

Növbəti addımlara hidrofilik və hidrofobik komponentlərin balansının necə optimallaşdırılmasının öyrənilməsi, materialın real həyatda istifadəsi üçün miqyasının artırılması və toplanmış damcıların səthlərdən səmərəli şəkildə yuvarlanmasının araşdırılması daxildir.

Nəhayət, tədqiqatçılar ümid edirlər ki, bu kəşf quru iqlimlərdə təmiz su və ya havada olan su buxarından istifadə edərək daha davamlı soyutma üsulları təklif edən texnologiyalara gətirib çıxaracaq.

Ətraflı məlumat: Baekmin Q. Kim və digərləri, Doymamış su buxarını kondensasiya edən və su damlacıqlarını çıxaran amfifilik nanoməsamələr, Elm İnkişafı (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adu8349

Jurnal məlumatı: Elmin inkişafı 

Pensilvaniya Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir