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Das Wasser-Durchsickern des Materials konnte helfen, Durst zu löschen

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Nachdem ihre nanorods versehentlich geschaffen wurden, als ein Experiment nicht wie vorgesehen ging, gaben die Forscher die mikroskopischen, ungeplanten Fischeier der Wissenschaft ein näherer Blick.

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Chemiker Satish Nune kontrollierte den Körper, Kohlenstoff-reiche nanorods mit einem Dampfanalyseinstrument, als er bemerkte, dass die nanorods mysteriös Gewicht als erhöhte Feuchtigkeit verloren. Das Denken des Instrumentes hatte, Nune versagt und seine Kollegen zogen an auf ein anderes Werkzeug, ein hochkarätiges Mikroskop um.

Sie sprangen, während sie sahen, dass eine unbekannte Flüssigkeit unerwartet zwischen Bündeln der kleinen Stöcke erscheinen und heraus durchsickern.

Das Team an der Abteilung des pazifischen Nordwestnationalen laboratoriums der Energie würde fortfahren, das gleiche Phänomen anzusehen mehr als Dutzendmal. Sofort nach dem Wegtreiben der Flüssigkeit, verringerte sich das Gewicht der nanorods um eine ungefähr Hälfte und veranlaßte die Forscher, ihre härteren Köpfe zu verkratzen sogar.

Vor ein Papier, das heute in der Natur-veröffentlicht wird Nanotechnologie, beschreibt die körperlichen Prozesse hinter diesem Schauspiel, das ausfiel, die erste experimentelle Betrachtung eines Phänomens zu sein theoretisierte 20 einigen Jahren. Die Entdeckung könnte zu eine große Strecke der realistischen Anwendungen, einschließlich das niederenergetisches Wasserernten und Reinigung für die Entwicklungsländer und Gewebe führen, das automatisch Schweiß weg von dem Körper zieht und ihn als Dampf freigibt.

„Unser ungewöhnliches Material benimmt sich ein bisschen wie ein Schwamm; es preßt sich heraus in der Mitte, bevor es völlig mit Wasser gesättigt wird,“ erklärte PNNL-Habilitationswissenschaftlichen mitarbeiter David Lao aus, der das Material herstellte.

„Nun da wir über dem Anfangsschock dieses unvorhergesehenen Verhaltens erhalten haben, stellen uns wir die vielen Weisen, die er vorgespannt werden könnte, um die Qualität unserer Leben zu verbessern vor,“ sagte PNNL-Ingenieur David Heldebrant, einer der entsprechenden Autoren des Papiers zwei.

„Aber, bevor wir diese nanorods zur guten Verwendung setzen können, müssen wir in der Lage sein zu steuern und ihre Größe und Form vervollkommnen,“ addierte Nune, den anderen entsprechenden Autor des Papiers.

Gewöhnlich nehmen Materialien auf mehr Wasser als die Feuchtigkeit um sie Zunahmen. Aber diese Kohlenstoff-reichen, nanorods-die die Forscher irrtümlich schufen, beim Versuchen, magnetische Nanodrähte zu fabrizieren — trieb plötzlich eine große Menge Wasser weg, während die relative Luftfeuchtigkeit innerhalb des Objekttischs überall zwischen 50 und 80 Prozent erreichte.

Das Team wurde weiter intrigiert. Sie konnten nicht an sonstiges Material denken, das auf Wasser an einer niedrigen Feuchtigkeit nimmt und sie spontan an einer hohen Feuchtigkeit freigibt. So gruben sie durch die Kanone der wissenschaftlichen Literatur, um eine Erklärung zu finden.

Sie fanden ein Papier 2012 in der Zeitschrift von physikalischer Chemie B, die beschrieb, wie, in bestimmten Situationen, in denen Flüssigkeit in einem teeny-kleinen Raum begrenzt wird (ungefähr 1,5 Nanometer weit), die Flüssigkeit spontan verdunsten kann. Und die Autoren eines Papiers 2013 in (Zeitschrift der chemischen Physik beschrieb wie Wasserkanister in die Grenze von nahen hydrophoben Materialien kondensieren, die gut nicht mit Wasser spielen, und zu den Dampf schnell zu machen wegen der Anziehungskräfte zwischen den Oberflächen der zwei Materialien, die sich gegenüberstellen. Das Papier 2013 gab diesem Phänomen einen sehr langen, technischen Namen: „lösliche Hohlraumbildung unter solvo-phobischer Beschränkung.“

Diese Papiere merkten auch den Prozess wurden theoretisiert schon in den neunziger Jahren von den Wissenschaftlern, die kristallisierte Proteine überprüfen. Damals bemerkten Wissenschaftler, dass sie nur umgebende hydrophobe Abschnitte des Wasserdampfes des Proteins sahen, während flüssiges Wasser andere Bereiche umgeben würde. Die Forscher schlugen vor, dass es irgendeine Art des Prozesses gab, die dem Wasser ermöglichte, das zwischen hydrophoben Proteinabschnitten gefangen wurde, um plötzlich zu verdunsten.

Bewaffnet mit diesem Wissen, nahm das PNNL-Team Wasser war an, kondensierend und bildend eine Brücke zwischen den nanorods, durch einen Prozess, der als haarartige Kondensation bekannt ist. Als nächstes glauben sie, dass Wasser zwischen Stangen einen gebogenen Hohlraum bildet, dessen Oberflächenspannung die angrenzenden Stangen näher zusammen zieht. Als zwei schneidene nanorods Reichweite über 1,5 Nanometer auseinander, das Team folgerte, könnte das Wasser, das zwischen ihnen gefangen wurde, gezwungen werden, um schnell zu verdunsten.

Obwohl, das unerwartete Verhalten der nanorods zu verstehen ein Triumph an sich ist, sieht das PNNL-Team auch eine Zukunft voraus, in der dieses Phänomen Lebensqualität auch verbessern könnte. Sie sehen ihre Entdeckung als möglicher humanitärer Lebensretter und beschreiben sie als „Paradigmenwechsel in der Wasseraufbereitung und in der Trennung,“ in ihrem Papier.

Theoretisch konnten große Mengen des Wasserspratzen Nanomaterial gesammeltes Wasser wiederholt annehmen und dann ausstoßen, wenn ein bestimmtes Feuchtigkeitsniveau erreicht wird. Solch ein System könnte in den Fernwüsten benutzt werden, in denen es Wasser von der Luft sammeln und es für menschlichen Verbrauch ernten würde.

Eine andere Vision ist, eine Membran herzustellen, die annimmt und später Wasser als Feuchtigkeitsänderungen wegtreibt. Die Membran konnte in den Jackengeweben benutzt werden und bequemeren Abenteuern ermöglichen im Freien, indem sie draußen Schweiß aus einer Jacke heraus entfernte und ihn als Dampf ausstrahlte.

Um diese Anwendungen zu ermöglichen, erforscht das Team Weisen mehr von seinem nanorods Spraywasser zu machen. Das Team schätzt, dass nur herum 10 bis 20 Prozent des materiellen Spuckens im Augenblick wässern. Der Plan ist, die Produktion des gegenwärtigen Materials oben einzustufen und auf einmal schafft mehr als einige Gramm des Materials. Sie tun weitere Analyse, um sicherzustellen, dass das Phänomen noch anwesend ist, als größere Mengen anwesend sind. Sie auch leiten eine ausführlichere Prüfung der körperlichen und chemischen Eigenschaften des Materials und bestimmen wenn andere Materialien, die ähnliche Eigenschaften haben. Das Team wird auch durch die Idee, die andere Nanomaterials möglicherweise entwickelt werden konnten, um andere Flüssigkeiten zu sammeln, wie Methanol intrigiert.