نوآوری دانشمندان: توسعه ساختار کریستالی که زیر نور خورشید از هوا آب تولید می‌کند

دانشمندان دانشگاه آیووا آمریکا موفق به طراحی و ساخت نوعی کریستال پیشرفته شده‌اند که با استفاده از انرژی دریافتی از نور خورشید، رطوبت موجود در اتمسفر را در حفره‌های میکروسکوپی به دام می‌اندازد.

این نوآوری درواقع یک ساختار کریستالی است که با نور فعال می‌شود و می‌تواند مولکول‌های آب را از هوای محیط جذب و آن‌ها را در فضاهای داخلی خود که دارای ابعاد نانومقیاس هستند ذخیره کند. پایه و اساس ساختاری این ماده از ترکیبات موسوم به «چارچوب‌های فلز-آلی» یا MOF تشکیل شده است. این چارچوب‌ها در حقیقت ساختارهای متخلخلی هستند که از اتصال اتم‌های فلزی به مولکول‌های آلی ایجاد می‌شوند.

ساختار کریستالی برای جذب رطوبت هوا

تحول اصلی در عملکرد این ماده زمانی رخ می‌دهد که ساختار کریستالی در معرض تابش نور فرابنفش قرار می‌گیرد. این تابش منجر به یک واکنش شیمیایی و بازآرایی درونی در ساختار کریستال می‌شود و معماری داخلی آن را به شکلی تغییر می‌دهد که حفره‌های بسیار ریزی پدیدار می‌شوند. این حفره‌های جدید تله‌هایی هستند که مولکول‌های آب را مستقیماً از هوا جذب و در خود محبوس می‌کنند.

به گفته پژوهشگران، این فرایند باعث می‌شود که ماده عملاً به یک سیستم برداشت‌کننده آب تبدیل شود که برای فعالیت خود به هیچ منبع انرژی خارجی یا تجهیزات مکانیکی پیچیده نیاز ندارد و صرفاً با نور طبیعی خورشید کار می‌کند. صحت این عملکرد و تغییرات ساختاری در سطح میکروسکوپی از طریق پرتو ایکس به اثبات رسیده است. آزمایش‌ها نشان دادند که بلافاصله پس از تابش نور و شکل‌گیری حفره‌ها، مولکول‌های آب در درون این فضاهای نانومتری حضور پیدا کرده‌اند.

دانشمندان دانشگاه آیووا می‌گویند از ویژگی‌های برجسته این فناوری، قابلیت ترابری شبکه کریستالی است که به کاربران اجازه می‌دهد آب ذخیره‌شده را جابه‌جا و در زمان و مکان مورد نیاز آزاد کنند. درحال‌حاضر و در شرایط کنترل‌شده آزمایشگاهی، این سیستم توانایی ذخیره آبی معادل با پنج درصد وزن کل خود را دارد. هرچند این میزان محدود به نظر می‌رسد، اما دانشمندان معتقدند با توسعه معماری این ساختار در ابعاد بزرگ‌تر، می‌توان ظرفیت نهایی جذب آب را به میزان چشم‌گیری افزایش داد.

یافته‌های این پژوهش در Journal of the American Chemical Society منتشر شده است.