Yeni bir çalışma, özellikle toplanan damlacıklardan suyun yoğunlaşması ile ilgili olarak su toplamanın etkinliğini artırmanın yollarını önermektedir.
Çalışma, atmosferik su hasadını keşfederek su kıtlığını gidermeye odaklanıyor. Havadaki su hem doğal hem de zorunlu buharlaşmadan kaynaklanır; yoğunlaşma, su hasadının son ve önemli adımıdır. Yoğunlaşma, daha sonra toplanan su damlacıklarının çekirdeklenmesini, büyümesini ve dökülmesini içerir. Bununla birlikte, yüzey taşmasına neden olan yoğunlaşmış damlacıkların kontrol edilemeyen büyümesi, sürdürülebilir yoğunlaşma için bir tehdit oluşturan acil bir sorundur.
Bu süreci hızlandırmak ve yoğunlaşan yüzeyden düzenli ve hızlı damlacık dökülmesini sağlamak için Tsinghua Üniversitesi ekibi doğadan ilham aldı. Avustralya dikenli şeytanının (bir kertenkele türü) yağmur, çiy ve gölet suyu gibi damlacıkları pullarından pullar arasındaki kılcal kanallara verimli bir şekilde yaydığını ve sonunda ağzına bağlandığını gözlemlediler. Bu doğal mekanizma suyun depolanmasını ve tüketilmesini kolaylaştırdı. Ek olarak ekip, yüzme direncini azaltan ve sulu ortamlara adaptasyonu artıran bir epidermal mukus tabakasına sahip olan balıklardan, özellikle de yayın balığından ilham aldı. Doğadan elde edilen bu bilgiler, sırasıyla düzenli damlacık navigasyonu ve düşük sürtünmeli damlacık dökülmesinin zorluklarını ele alıyor.
Araştırma ekibi, hem kertenkelelerin hem de yayın balığının avantajlı özelliklerini bir araya getirerek cam üzerinde özel olarak tasarlanmış bir desen oluşturmak için hidrojel lifleri kullandı. Hidrojel lifi, kısmen polimerize edilmiş bir yüzeye ve kemer yapısına sahip, birbirine geçmiş bir sodyum aljinat ve polivinil alkol ağıdır. Dallanmış –OH ve –COOH zincirleriyle süslenmiş yüzey, su moleküllerine karşı güçlü bir afinite sergiliyor. Kemer yapısıyla birleşen bu afinite, damlacıkların yoğunlaşan alt tabakadan hidrojel fibere doğru hareket etmesi için yeterli itici güç sağlar. Eş zamanlı olarak, dallanmış –OH ve –COOH zincirleri, damlacıklar yüzeyden ayrıldıktan sonra bile su moleküllerini tutabilir ve damlacık kaymasını kolaylaştıran bir öncü su filmi oluşumuna yardımcı olur.
Damlacık hareketini gözlemlemek için floresan moleküller prob olarak kullanıldı. Yakalanan yörüngeler, cam üzerinde oluşan damlacıkların hızlı bir şekilde hidrojel elyafına pompalanması ve böylece yoğunlaşma bölgelerinin yenilenmesiyle etkileyici bir göç oranını ortaya çıkardı. Başarı, kimyasal ıslatma gradyanlarının ve hidrojel elyaf ile cam arasındaki Laplace basınç farkının eşzamanlı uygulanmasında yatmaktadır. Pompalama etkisi, itici güç kaynağı olarak görev yapan damlacık yoğunlaşan yüzey sisteminin enerjisinde %40'ın üzerinde bir azalmayla sonuçlandı. Profesör Qu, "Bu, kertenkelelerin kabukları üzerindeki yönlü su dağılımına benzer" diyor.
Araştırmacılar ayrıca camınkine kıyasla hidrojel elyaf yüzeyindeki suyun hareketinde farklılıklar gözlemlediler. Cam üzerinde damlacıklar, yeni ilerleme açılarının art arda oluşmasıyla yapışkan bir birim olarak ilerledi ve ilerleme sırasında floresan probların damlacık içinde tamamen karışmasıyla sonuçlandı. Buna karşılık, hidrojel fiber yüzeyinde kayan damlacık katmanlı bir davranış sergiledi. Suyun iç tabakası hidrojel yüzeyine bağlanırken, dış tabaka hidrojel yüzeyiyle doğrudan temas etmeden kayıyordu. Dr. Ji şöyle açıklıyor: "Hidrojel yüzeyi üzerindeki sarkan zincirler, yayın balığının mukus tabakası gibi davranarak damlacıklar ile yoğunlaşan yüzey arasındaki sürtünmeyi kayganlaştırıyor."
Bu özel tasarlanmış hidrojel elyaf deseni, harici enerji girişi gerektirmeden yoğunlaşma oranını %85.9 artırdı. Ayrıca, güneş enerjili evaporatif su arıtmanın su toplama oranını %109 artırmak için başarıyla uygulandı. Bu çalışma yalnızca doğal olaylara dair içgörü sağlamakla kalmadı, aynı zamanda yoğunlaşma için damlacık hareketini manipüle etmeye yönelik yeni bir girişime de işaret etti. Bulgular, fenomenleri keşfetme ve teorileri pratik uygulamalara dönüştürme konusunda gelecekteki çabaların temelini oluşturuyor.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://envirotecmagazine.com/2024/01/31/bioinspired-hydrogel-patterning-offers-more-effective-ways-to-harvest-water/
