Новий матеріал вчетверо прискорив збирання вологи з повітря

Матеріалознавці з Гарварду запропонували новий тип поверхонь, спроможних ефективно збирати вологу з повітря. За словам авторів, натхненниками матеріалу стали представники царств тварин і рослин — кактуси, хижі рослини (Nepenthes) та жуки пустелі Наміб (Stenocara gracilipes). У порівнянні зі звичайними гладкими поверхнями, процес конденсації та стікання крапель відбувається принаймні в чотири рази швидше. Дослідження опубліковано в журналі «Nature», коротко про нього повідомляє блог Королівського Хімічного Товариства (Велика Британія).

material zbir vology

Конденсація крапель вологи на алюмінієвій поверхні. Зображення: Kyoo-Chul Park et al. / Nature, 2016

Основою для матеріалу, що збирає вологу, автори обрали поверхню надкрил жуків, які водяться в пустелях. Вона покрита випуклостями, що забезпечує направлену дифузію та конденсацію парів води на їх «вершинах». Прискорення конденсації пов’язано з тим, що крапля на вершині має більшу площу поверхні ніж на площині, і, відповідно, скоріше може збирати часточки пару. Для того, щоб оптимізувати сам процес конденсації, учені кількісно змоделювали явище в залежності від форми випуклостей. Виявилось, що кращим варіантом є переріз у вигляді прямокутника зі закругленими вершинами — потік пару буде тим більшим, чим меншим радіус кривизни.

Потім, слідуючи формі голок кактуса учені зробили випуклості несиметричними. В природі голки розширюються до основи, що допомагає прискорити рух краплі. В цьому процесі беруть участь капілярні сили. В результаті у бугорків один з країв став більш крутим, а інший — більш пологим та розширюється від вершини до основи. Фізики виявили експериментально, що в такій системі капілярні сили спочатку навіть перевершують дію гравітації і, якщо орієнтувати випуклості пологим краєм догори, то краплі зміщуються проти сили тяжіння.

Для виготовлення матеріалу автори запресували алюмінієвий лист в форму, надруковану на 3D-принтері. Додатково полегшити ковзання крапель удалось завдяки додатковій обробці поверхні та створенню пористої мікроструктури: лист занурювали в киплячу воду та обробляли спеціальним складом. Потім його обробляли мінеральним маслом, що всмоктується в пори та формує гладку рівномірну плівку, аналогічну плівці, що забезпечує гладкість «глечиків» непентесів.

[media:video width=620px height=444px src=//www.youtube.com/embed/GKGME0N_vNE]

Ключовим параметром, який визначався в експериментах, був час утворення та стікання трьох перших крапель. Для гладкого обробленого листа алюмінію воно перевищувало один час, бугриста ж поверхня дозволяла отримати перші краплі впродовж перших 15 хвилин експерименту.

В природі використані ученими поверхні та форми дозволяють рослинам і комахам отримати вологу навіть в засушливих областях, наприклад, в пустелях. Непентеси ж застосовують гладкість своєї поверхні для того, щоб не дозволять комахам вибратися з «глечика».

 

Регіони

Vinnytsya Lutsk Dniepropetrivsk Donetsk Zhytomyr Uzhgorod Zaporizhzhya Ivanofrankivsk Kyivska Kyrovograd Crimea Lugansk Lviv Mykolaiv Odessa Poltava Rivne Sumy Ternopil Kharkiv Kherson Khmelnytsky Cherkasy Chernigiv Chernivtsi
Київ

Публікації

April 2025
Mo Tu We Th Fr Sa Su
31 1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12 13
14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26 27
28 29 30 1 2 3 4

 

Випадкова стаття

  • 1
  • 2
  • 3

журнал НАУКА СЬОГОДНІ №27-28 (2011)

15-07-2011 Олена - avatar Олена

журнал НАУКА СЬОГОДНІ №27-28 (2011)

  Наука сьогодні №27-28 (2011)   скачати Видання «Наука сьогодні». Періодичність: двічі на місяць. Метою журналу є забезпечення оперативною інформацією про події, здобутки, досягнення у сфері фундаментальних і прикладних наук, високих технологій...

«Шелл» та Харківський національний уніве…

26-10-2015 Олена - avatar Олена

«Шелл» та Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна презентували проекти партнерства

20 жовтня 2015 року у Харківському національному університеті імені В.Н. Каразіна були представлені результати співпраці університету з компанією «Шелл» у сфері вищої освіти, наукових досліджень і стажування. Під час заходу...

Оголошується конкурс за цільовою комплек…

17-02-2016 Олена - avatar Олена

Оголошується конкурс за цільовою комплексною програмою наукових досліджень НАН України «Науково-технічні основи енергетичного співробітництва між Україною та Європейським Союзом («Об’єднання-3»)»

На виконання постанови Президії НАН України від 30.12.2015 № 311 з метою подальшого розвитку й координації наукових досліджень установ НАН України в галузі енергетики та відповідно до розпорядження Президії НАН...