Το να διδασκόμαστε από τα λάθη μας είναι ένα βασικό μάθημα ζωής, και αυτό μπορούν να το επιβεβαιώσουν οι ερευνητές του Εθνικού Εργαστηρίου Βορειοδυτικού Ειρηνικού. Μετά την τυχαία δημιουργία νανοράβδων πλούσιων σε άνθρακα, η ομάδα παρατήρησε ότι αυτή η εφεύρεσή της συμπεριφέρεται παράξενα απέναντι στο νερό, αποδεικνύοντας μια θεωρία που είχε διατυπωθεί προ 20ετίας και ανοίγοντας τον δρόμο, πιθανότατα, για τα συστήματα συγκέντρωσης νερού χαμηλής ενέργειας και τα υφάσματα που αφαιρούν τον ιδρώτα.
Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι συνήθως τα υλικά απορροφούν περισσότερο νερό όσο αυξάνεται η υγρασία του αέρα στο περιβάλλον τους. Αλλά όταν η σχετική υγρασία είναι σε ποσοστό 50-80%, αυτές οι νανοράβδοι κάνουν στην πραγματικότητα το αντίθετο και αποβάλλουν νερό, μια συμπεριφορά που δεν εντοπίζεται σε κάποιο άλλο υλικό, όπως λένε. Κάτω από αυτό το εύρος, συμπεριφέρονται φυσιολογικά, οπότε αυτή η διαδικασία είναι αντιστρεπτή με τη μείωση της υγρασίας.
«Αυτό το ασυνήθιστο υλικό συμπεριφέρεται σαν σφουγγάρι∙ στραγγίζει μόνο του στο μεταξύ πριν γεμίσει εντελώς με νερό», λέει ο David Lao, ερευνητικός εργάτης του Εθνικού Εργαστηρίου και δημιουργός του υλικού.
Αυτές οι νανοράβδοι δημιουργήθηκαν κατά λάθος όταν προσπαθούσαν να φτιάξουν μαγνητικά νανοσύρματα, και οι ερευνητές αποφάσισαν να εξετάσουν προσεκτικότερα αυτές τις τυχαίες ανακαλύψεις. Εξετάζοντάς τα με ένα όργανο ανάλυσης ατμών, ο Satish Nune, ένας από τους συγγραφείς της ερευνητικής μελέτης, παρατήρησε ότι στην πραγματικότητα οι δομές έχαναν βάρος όσο αυξανόταν η υγρασία.
Υποθέτοντας ότι είχε τεχνικό πρόβλημα ο εξοπλισμός, οι επιστήμονες στράφηκαν σε ένα μικροσκόπιο, και μπόρεσαν να παρατηρήσουν ότι εμφανιζόταν νερό μεταξύ των τμημάτων των νανοράβδων, και ότι έπειτα εξατμιζόταν σε υψηλότερο ποσοστό υγρασίας.
Καθώς ερευνούσαν γιατί συνέβαινε αυτό, η ομάδα έψαξε προηγούμενες μελέτες και βρήκε εργασίες του 2012 και του 2013 που εξηγούσαν πώς το νερό μπορεί ξαφνικά να εξατμιστεί όταν περιορίζεται σε μια περιοχή πλάτους 1,5 νανομέτρου, ή όταν περιβάλλεται στενά από υδρόφοβα υλικά. Οι παρατηρήσεις αυτές ήδη εντοπίζονται από τη δεκαετία του 1990, όταν οι επιστήμονες που πειραματίζονταν με κρυσταλλωμένες πρωτεΐνες παρατήρησαν παρόμοια φαινόμενα και προέβαλαν τη θεωρία ότι κάποια άγνωστη διαδικασία επέτρεπε στο νερό να εξατμιστεί γρήγορα.
Η πρόσφατη έρευνα στο Εθνικό Εργαστήριο φαίνεται πως είναι η πρώτη φορά όπου αυτό το φαινόμενο έχει παρατηρηθεί άμεσα εν δράσει. Η θεωρία της ομάδας ήταν ότι το νερό συμπυκνώνει και ενώνει τα τμήματα των ράβδων, και όταν αυτά φτάνουν στο όριο του 1,5 νανομέτρου, όπως διευκρινίστηκε και στην προηγούμενη έρευνα, το νερό εξατμίζεται γρήγορα.
«Τώρα που ξεπεράσαμε το αρχικό σοκ αυτής της απροσδόκητης συμπεριφοράς, σκεφτόμαστε πολλούς τρόπους με τους οποίους θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για να βελτιώσουμε την ποιότητα ζωής μας», λέει ο David Heldebrant, δεύτερος συγγραφέας της μελέτης.
Οι πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν ένα σύστημα που απορροφά υγρασία από τον αέρα σε μια έρημο και έπειτα διώχνει το νερό που έχει συγκεντρωθεί όταν ξεπερνιέται κάποιο όριο, ή μια μεμβράνη στα ρούχα που αφαιρεί τον ιδρώτα και τον μετατρέπεται σε ατμό για να εκλυθεί προς τα έξω.
«Αλλά πριν εκμεταλλευτούμε τις νανοράβδους, πρέπει να μπορούμε να τις ελέγχουμε και να τελειοποιούμε το μέγεθος και το σχήμα τους», είπε ο Nune. Για αυτό τον σκοπό, η ομάδα στοχεύει στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της ικανότητας έκλυσης νερού των νανοράβδων πέρα από το εκτιμώμενο ποσοστό της τάξεως του 10-20%, ως τώρα. Τυχόν περαιτέρω έρευνες θα εξετάσουν τις χημικές και τις φυσικές ιδιότητες των νανοράβδων και θα κρίνουν αν η μέθοδος αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διαφορετικά νανοϋλικά για να συλλεχθούν άλλα υγρά, όπως η μεθανόλη.
