Vật liệu nano giúp thu giữ hơi nước trong không khí

Những phát minh khoa học vĩ đại thường đến một cách tình cờ. Thiết kế mới về các thanh nano (nanorod) có khả năng thu nhận nước trong không khí cũng không phải ngoại lệ.

Các thanh nano giàu carbon có khả năng hấp thụ và giải phóng nước rất khác so với những dạng vật liệu từng được biết đến. Chúng có thể hút nước ngay cả ở độ ẩm (humidity) cực thấp, sau đó nhả ra và làm tăng độ ẩm lên tới 50 – 80%, trong khi các loại vật liệu khác chỉ có thể giữ chất lỏng trong không khí.

Phát minh mới này có tính ứng dụng khá rộng, từ khả năng xây dựng hệ thống thu hoạch hơi nước tiêu tốn ít năng lượng (low-energy water-harvesting system) cho tới sợi vải tự động loại bỏ mồ hôi.

David Lao, Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL), một trong những người sáng tạo ra loại vật liệu này cho biết, “Loại vật liệu đặc biệt này biểu hiện giống một miếng bọt biển, chúng có khả năng tự vắt một nửa lượng nước đang mang trước khi trở nên bão hòa.”

Sự cố may mắn xảy ra khi các nhà khoa học đang cố gắng tạo ra dây nano từ tính (magnetic nanowire), nhưng thay vào đó kết quả thu được lại là những thanh nano carbon. Qua các thử nghiệm, họ nhận thấy thanh nano bị giảm khối lượng khi độ ẩm của môi trường tăng.

Ban đầu, các nhà nghiên cứu tưởng rằng thiết bị của họ gặp trục trặc gì đó.

Một điều thú vị là khi lật lại lịch sử, hiện tượng này đã được ghi nhận lần đầu vào những năm 1990. Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra lại mọi tài liệu có từ năm 2012 và 2013 đề xuất giả thiết giải thích việc bằng cách nào nước có thể bay hơi tự nhiên trong điều kiện bị hạn chế ở vùng không gian chỉ rộng 1.5 nanometres hay bị bao bọc trong vật liệu kỵ nước (hydrophobic material).

Dường như, nước đã ngưng tụ và hình thành cầu nối giữa các thanh vật liệu kích thước nano, một quá trình được gọi là sự ngưng tụ mao quản (capillary condensation). Nước nằm giữa các thanh gây ra hiện tượng sức căng bề mặt (surface tension), tạo động lực kéo các thanh kim loại nằm liền kề lại gần nhau và bốc hơi (evaporate) khi khoảng trống giữa các thanh đạt 1.5 nanometres.

Các nhà nghiên cứu của PNNL có cơ sở vững chắc để nhận định loại vật liệu mới này sẽ là ứng cử viên tiềm năng cho quá trình chuyển đổi mô hình lọc (purification) và tách (separation) nước, hứa hẹn khả năng thu nhận nước từ không khí ở sa mạc một tương lai không xa. Hiện tại, chỉ có khoảng 10 – 20% các loại vật liệu có khả năng tách nước, điều này đòi hỏi giới khoa học nỗ lực để cải tiến chúng.

“Chúng tôi đã vượt qua những ngạc nhiên ban đầu khi chứng kiến tính năng không ngờ của thiết kế mới, hiện giờ chúng tôi đang phác thảo những cách khai thác năng lực của chúng để nâng cao chất lượng cuộc sống”, kỹ sư David Heldebrant cho biết. “Nhưng trước khi chính thức đưa vào sản xuất, chúng tôi cần sẵn sàng điều khiển kích thước, hình dạng vật liệu một cách hoàn thiện.”

Phát hiện được đăng trên Nature Nanotechnology.

Linh K. Nguyen (chuyển ngữ)

Ngày đăng: 24/06/2016

Nguồn ảnh: Science Alert

Bài báo:

1. David Nield. Scientists accidentally created nanorods that harvest water from the air. Science Alert. 19 June 2016.
2. Nune, S. K., Lao, D. B., Heldebrant, D. J., Liu, J., Olszta, M. J., Kukkadapu, R. K., … & Gotthold, D. W. (2016). Anomalous water expulsion from carbon-based rods at high humidity. Nature nanotechnology.

Xin mời Quý Độc Giả bỏ ra 2-5 phút để làm một khảo sát mức độ hài lòng về bài viết của IBSG tại đây. IBSG chân thành cảm ơn Quý Độc Giả.