Novo material pode captar água do ar de forma passiva

Uma nova classe de materiais nanoestruturados é capaz de extrair água do ar, retê-la em poros e libertá-la em superfícies sem necessidade de energia externa, de acordo com um estudo.

A investigação, publicada na Science Advances, descreve um material que pode abrir caminho para novas formas de recolher água do ar em regiões áridas e para dispositivos que arrefecem componentes eletrónicos ou edifícios através da evaporação.

“Nem sequer estávamos a tentar recolher água. Estávamos a trabalhar noutro projeto a testar a combinação de nanoporos hidrófilos e polímeros hidrófobos quando Bharath Venkatesh, um antigo estudante de doutoramento no nosso laboratório, observou o aparecimento de gotículas de água num material que estávamos a testar. Não fazia sentido. Foi aí que começámos a questionar”, contou Daeyeon Lee, professor de engenharia química e molecular na Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos.

Estas questões levaram os cientistas a um estudo aprofundado de um novo tipo de material nanoporoso anfifílico: um que combina componentes hidrófilos e hidrófobos numa estrutura nanométrica única.

O resultado é um material que capta a humidade do ar e, ao mesmo tempo, a expele sob a forma de gotículas, noticiou na quinta-feira a Europa Press.

Quando a água condensa nas superfícies, é geralmente necessária uma descida de temperatura ou níveis de humidade muito elevados. Os métodos convencionais de recolha de água baseiam-se nestes princípios e geralmente requerem a entrada de energia para arrefecer as superfícies ou a formação de neblina densa para recolher água passivamente em ambientes húmidos.

Mas o sistema de Lee e Patel funciona de forma diferente. Em vez de arrefecer, o seu material depende da condensação capilar, um processo no qual o vapor de água condensa dentro de pequenos poros, mesmo a baixa humidade. Isto não é novidade. Certo é que, no seu sistema, a água não fica retida dentro dos poros, como acontece frequentemente com este tipo de material.

Antes de compreenderem o que estava a acontecer, os investigadores pensavam que a água simplesmente se condensava na superfície do material devido a um artefacto da sua configuração experimental, como um gradiente de temperatura no laboratório. Para descartar isso, aumentaram a espessura do material para ver se alterava a quantidade de água acumulada à superfície.

“Se o que estávamos a observar se devesse apenas à condensação da superfície, a espessura do material não alteraria a quantidade de água presente”, explicou Lee.

No entanto, a quantidade total de água acumulada aumentou à medida que a espessura aumentou, demonstrando que as gotas de água formadas à superfície vieram do interior do material.

Mais surpreendente ainda, as “gotículas não evaporaram rapidamente, como a termodinâmica preveria, mas manteve-se estável por longos períodos”.

Os cientistas criaram um material com o equilíbrio perfeito de nanopartículas que atraem água e plástico repelente de água (polietileno) para criar uma película de nanopartículas com esta propriedade especial.

“Encontrámos a solução ideal”, garantiu Lee. As gotículas estão ligadas a reservatórios ocultos nos poros abaixo. Estes reservatórios são continuamente reabastecidos com vapor de água do ar, criando um ciclo de feedback graças a este equilíbrio perfeito entre materiais hidrorrepelentes e hidrorrepelentes.

Feitos de polímeros e nanopartículas comuns utilizando métodos de fabrico escaláveis, estas películas podem ser integradas em dispositivos passivos de recolha de água para regiões áridas, superfícies para arrefecimento de dispositivos eletrónicos ou revestimentos inteligentes que respondem à humidade ambiente.