연구원들은 사막 생물에서 영감을 받아 공기에서 물을 수확하는 결정을 개발했습니다.

화학과 교수인 판스 나우모프가 이끄는 길림대학교, 뉴욕대 아부다비 스마트 소재 연구실, 스마트 엔지니어링 소재 센터의 연구진은 에너지를 전혀 투입하지 않고도 안개에서 물을 수확할 수 있는 새로운 결정질 소재를 개발했습니다.

연구자들이 '야누스 크리스털'이라고 이름 붙인 새로운 유형의 스마트 크리스털 디자인은 건조한 환경에서도 생존할 수 있는 사막 식물과 동물에서 영감을 받았습니다.

예를 들어 사막 딱정벌레와 도마뱀은 친수성과 소수성 영역을 모두 갖춘 표면 구조를 발달시키고 공기 중의 수분을 효과적으로 포착하도록 진화했습니다.

물은 친수성 영역으로 끌리고, 물방울은 축적되어 소수성 영역을 통해 이동합니다.

연구 결과는 Journal of the American Chemical Society 에 최근 게재된 "자체 감지 동적 Janus 결정체를 이용한 효율적인 공중 물 수확"이라는 제목의 논문에 제시되어 있습니다. 연구자들은 탄성 유기 결정을 성장시킨 세 가지 화학적으로 다재다능한 유기 화합물을 선택했습니다.

그런 다음 그들은 각 물질이 ​​공중에 떠 있는 물과 어떻게 상호 작용하는지 테스트했고, 이를 통해 표면에 친수성 영역과 소수성 영역을 모두 포함하는 새로운 물 수집 물질인 Janus 크리스털이 탄생했습니다. 한 영역은 물을 포착하고 다른 영역은 물을 수집용 용기로 옮깁니다.

야누스 크리스털은 현재 가장 높은 수분 수집 효율로 습한 공기로부터 습기를 포착합니다.

결정의 좁고 빛을 반투명하게 투과하는 구조 덕분에 연구자들은 빛을 사용해 안개 물방울의 모임과 응축을 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.

해수담수화는 식수를 생산하는 데 널리 사용되는 방법이지만, 소금물에 녹아 있는 소금을 분리하려면 많은 에너지를 소모하는 공정이 필요합니다.

이와 대조적으로, 야누스 크리스털이 활용하는 공기 중 습기나 안개의 응축 과정은 주변 환경에서 자발적으로 일어나며 에너지를 넣지 않고도 수행할 수 있어 무한한 깨끗한 물의 공급원을 제공할 가능성이 있습니다.

이전에 보고된 다공성 유기 결정과는 달리, Janus 결정은 표면에서 물 수집 및 물 전달 기능을 결합하여 주변 조건에서 수집된 물의 양을 극대화하는 고효율 물 수확 공정을 만들어냅니다.

" 지구 대기에는 활용되지 않은 담수가 풍부하게 포함되어 있지만, 우리는 이 습기를 효율적으로 포집하고 수집하여 식수로 응축할 수 있는 재료가 절실히 필요합니다."라고 Naumov는 말했습니다. "저희 팀이 개발한 결정은 유기 결정의 기계적 컴플라이언스와 광학적 투명성을 활용할 뿐만 아니라, 대규모로 사용하면 사회적 수준에서 물 부족에 대처하는 데 도움이 될 수 있는 능동적이고 자체 감지적이며 효율적인 표면 활성 수확기를 설계할 수 있는 길을 열었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241119132618.htm