دانشمندان دانشگاه آیووا موفق شدند مادهای بلوری توسعه دهند که میتواند با استفاده از نور خورشید، رطوبت موجود در هوا را جذب و در ساختار داخلی خود ذخیره کند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، پژوهشگران معتقد هستند این فناوری میتواند مسیر تازهای برای توسعه سامانههای برداشت آب از هوا ایجاد کند؛ سامانههایی که بدون نیاز به برق یا تجهیزات مکانیکی پیچیده، تنها با انرژی خورشیدی کار میکنند.
این پژوهش روی گروهی از مواد موسوم به چارچوبهای فلزی-آلی یا MOF انجام شده است. این مواد از اتصال اتمهای فلزی و مولکولهای آلی تشکیل میشوند و به دلیل ساختار متخلخل خود، در سالهای اخیر توجه زیادی را در حوزه ذخیرهسازی مواد و فناوریهای محیط زیستی جلب کردهاند.
پژوهشگران در این پروژه نوعی شبکه بلوری طراحی کردند که در حالت اولیه، فضای مناسبی برای ذخیره آب نداشت. اما زمانی که این ساختار در معرض نور فرابنفش قرار گرفت، آرایش شیمیایی آن تغییر کرد و حفرههای بسیار کوچکی در مقیاس نانومتری داخل بلور شکل گرفت. این حفرهها توانستند مولکولهای آب موجود در هوا را جذب و درون خود نگهداری کنند.
تیم تحقیقاتی اعلام کرد که نور فرابنفش باعث بازآرایی پیوندهای آلی درون ساختار MOF میشود و همین تغییر، معماری داخلی بلور را دگرگون میکند. در نتیجه، ساختاری ایجاد میشود که مانند یک تله رطوبتی عمل میکند و آب را از محیط اطراف به دام میاندازد.
دانشمندان برای بررسی عملکرد این ماده از فناوری پراش پرتو ایکس استفاده کردند. دادههای ثبتشده نشان دادند که پس از تابش نور، مولکولهای آب درون حفرههای تازهتشکیلشده قرار گرفتهاند و ساختار بلور واقعاً توانایی جذب رطوبت هوا را پیدا کرده است.
لئونارد مکگیلیوری، استاد شیمی و رئیس پیشین دپارتمان شیمی دانشگاه آیووا بیان کرد که پژوهشگران راهکاری را پیدا و تأیید کردهاند که میتواند تنها با نور خورشید، آب را جذب و ذخیره کند. او توضیح داد که این شبکه بلوری قابلیت جابهجایی دارد و در آینده میتوان آب ذخیرهشده را در زمان مورد نیاز آزاد کرد.
پژوهشگران عنوان کردند که این ماده در حال حاضر در مرحله آزمایشی قرار دارد، اما نتایج اولیه امیدوارکننده است. نمونه فعلی توانسته است در شرایط آزمایشگاهی حدود پنج درصد وزن خود آب ذخیره کند. اگرچه این میزان در مقیاس کوچک محدود به نظر میرسد، اما دانشمندان معتقد هستند در صورت گسترش ابعاد ساختار و بهینهسازی طراحی، ظرفیت جذب آب میتواند به شکل قابل توجهی افزایش پیدا کند.
نویندی ساماراراتنه موهاندیرامگه، پژوهشگر این پروژه اعلام کرد که دلیل استفاده از واژه «هوشمند» برای این ماده آن است که فرایند جذب آب به صورت کنترلشده و با استفاده مستقیم از نور فعال میشود. وی تصریح کرد که نور فرابنفش به صورت طبیعی از خورشید در دسترس است و همین ویژگی میتواند هزینه راهاندازی سامانههای برداشت آب را کاهش دهد.
به گفته پژوهشگران، یکی دیگر از ویژگیهای مهم این بلورها قابلیت خودآرایی آنها است. این ساختارها میتوانند بدون نیاز به فرایندهای پیچیده تولید به صورت خودکار شکل بگیرند و همین موضوع احتمال تولید انبوه در آینده را افزایش میدهد.
با وجود این پیشرفت، تیم تحقیقاتی تأکید کرد که فناوری فعلی هنوز فاصله زیادی تا استفاده تجاری دارد. ماده آزمایشی کنونی از عنصر کادمیوم ساخته شده است که برای محیط زیست و سلامت انسان مناسب نیست و در آینده باید با مواد ایمنتر جایگزین شود.
پژوهشگران در ادامه تحقیقات قصد دارند راندمان جذب آب را افزایش دهند، عناصر کمخطرتر را جایگزین کنند و عملکرد این سامانه را خارج از محیطهای کنترلشده آزمایشگاهی بررسی نمایند. دانشمندان معتقد هستند که اگر این فناوری در مقیاس بزرگ توسعه پیدا کند، میتواند در آینده به یکی از راهکارهای مهم تأمین آب در مناطق خشک و کمآب جهان تبدیل شود.
