从雾到淡水：双面水晶背后的科学

来自 实验室仪器网

由吉林大学、纽约大学阿布扎比分校智能材料实验室和智能工程材料中心的科学家组成的研究团队发明了一种创新的结晶材料，无需任何能量输入即可从雾中收集水。研究结果发表在《化学学会杂志》上。

这种独特的材料被称为Janus晶体，其灵感来自适应干旱环境的沙漠植物和动物。例如，某些沙漠甲虫和蜥蜴的表面既有亲水性又有疏水性，这使它们能够有效地从空气中收集水分。亲水区域吸引水，而疏水区域则促进液滴的移动和积聚。

研究人员选择了三种化学适应性强的有机化合物来生长弹性有机晶体，并研究了这些材料如何与空气中的水相互作用。这项工作促成了Janus晶体的开发，这种晶体的表面具有亲水区和疏水区。这些特性使晶体能够有效地捕获水并将其输送到容器中进行收集。

Janus晶体展现出迄今为止从潮湿空气中观察到的最高水收集效率。其细长、半透明的结构还使得人们能够实时观察雾滴凝结和利用光线收集的过程。

虽然海水淡化是生产饮用水的常用技术，但将盐从海水中分离出来需要大量能量。相比之下，Janus晶体利用环境条件下空气湿度或雾的自发凝结，消除了对能量输入的要求，并有可能提供无限的清洁水源。与早期的多孔有机晶体不同，Janus晶体在其表面集成了水收集和输送功能，从而形成了一种高效的过程，可在自然条件下最大限度地收集水。

地球大气层中蕴藏着大量未开发的淡水，但我们迫切需要能够有效捕获和收集这些湿气并将其凝结成饮用水的材料。我们团队开发的晶体不仅充分利用了有机晶体的机械柔顺性和光学透明性，还为设计主动、自感应和高效的表面活性收集器铺平了道路，如果大规模使用，这些收集器可以帮助我们在社会层面上应对水资源短缺。

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