Pesquisadores da Universidade do Texas em Dallas descobriram que uma nova superfície que desenvolveram para coletar água do ar estimula minúsculas gotas de água a se moverem espontaneamente em gotas maiores.

Quando os pesquisadores colocaram microgotículas de água em sua superfície de lubrificante líquido, as microgotículas impulsionaram-se para subir, sem força externa, em gotas maiores ao longo de um óleo, menisco em forma de rampa que se forma a partir do lubrificante ao redor das gotas maiores. O "fenômeno das gotículas de engrossamento" formou gotículas grandes o suficiente para a colheita.

"Este efeito de escalada mediado pelo menisco permitiu a coalescência rápida em superfícies hidrofílicas e não foi relatado antes. Nós descobrimos um novo fenômeno físico que torna possível coletar água mais rapidamente do ar sem força externa, "disse o Dr. Xianming Dai, professor assistente de engenharia mecânica na Escola de Engenharia e Ciência da Computação Erik Jonsson, quem liderou o trabalho. “Se não tivermos esse novo fenômeno, as gotas seriam muito pequenas, e dificilmente podíamos coletá-los. "

Microgotículas de água em uma superfície SLIPS hidrofílica (esquerda) impulsionam-se para subir, sem força externa, em gotas maiores ao longo de um óleo, menisco em forma de rampa que se forma a partir do lubrificante ao redor das gotas maiores. À direita, o videoclipe mostra como as microgotículas se comportam em uma superfície sólida e escorregadia.

As evidências, publicado em 25 de março em Cell Reports Physical Science , poderia resolver problemas importantes na captação de água do ar. Muitas gotas que se condensam do vapor de água no ar são muito pequenas para serem coletadas, e podem cobrir uma superfície de uma forma que impeça a condensação.

O desenvolvimento de novas tecnologias que coletam água da atmosfera é um campo de pesquisa crescente, à medida que mais e mais pessoas vivem em áreas onde há escassez de água potável. Os cientistas estimam que 4 bilhões de pessoas vivam em regiões com grave escassez de água doce por pelo menos um mês a cada ano. Este número está previsto para aumentar para entre 4,8 bilhões e 5,7 bilhões até 2050. As razões incluem as mudanças climáticas, fontes de água poluídas e aumento da demanda devido ao crescimento populacional e mudanças no comportamento de uso.

A chave para a ação de auto-escalada da microgotícula é uma superfície que Dai e seus colegas desenvolveram anteriormente. Seu lubrificante líquido, uma superfície porosa com infusão de líquido hidrofílica e escorregadia (SLIPS), tem uma natureza hidrofílica única para coleta de água e direciona rapidamente as gotas de água para os reservatórios.

Os pesquisadores descobriram acidentalmente o fenômeno das gotículas autopropulsoras em sua superfície. Eles estavam testando diferentes lubrificantes para determinar qual poderia facilitar melhor a coleta de água quando viram as gotas menores de água se propelirem em gotas maiores. Isso os levou a colaborar com o Dr. Howard A. Stone, cadeira de engenharia mecânica e aeroespacial na Universidade de Princeton e especialista em dinâmica de fluidos, para investigar a física subjacente ao fenômeno.

"O Dr. Dai e sua equipe lideraram este trabalho. As ideias são criativas, e eles fizeram uma série de observações no laboratório que lhes permitiu compreender a física subjacente e suas aplicações potenciais, "Stone disse." Eles me procuraram para discutir o mecanismo, e tivemos várias reuniões via Skype ou Zoom e trocas de e-mail. Foi tudo muito interessante e estimulante. Gostei muito de ver as ideias evoluírem para o artigo publicado. "

Conforme o vapor de água se condensa na superfície do lubrificante líquido, o óleo do lubrificante forma um menisco, ou curvatura, em torno das gotas. O menisco se parece com uma rampa curva para cima, que atua como uma ponte ao longo da qual as microgotículas sobem espontaneamente e se aglutinam com gotas de água maiores, um processo que os pesquisadores chamam de efeito de engrossamento. As propriedades da superfície lubrificada evitam que as gotas de água sejam completamente submersas no óleo, para que eles possam flutuar no óleo, permitindo-lhes escalar.

"O menisco de óleo atua como uma ponte, para que a gota possa subir nele, "Dai disse." A pequena gota procura ativamente por uma maior. Depois que eles são conectados pela ponte, eles se tornam um. "

À medida que minúsculas gotículas de água se condensam do ar em uma superfície resfriada, eles se tornam barreiras térmicas que impedem mais condensação. Ao permitir a coleta rápida de gotas de água, as gotas mais grossas ajudam a limpar as superfícies para que novas gotas se formem, o que facilita mais rápido, captação de água mais eficiente.

A gota de engrossamento autopropelida em SLIPS hidrofílicos mostra a rápida remoção de gotículas de tamanho submicrométrico condensado, independentemente de como a superfície é orientada, que apresenta uma abordagem promissora em comparação com outras superfícies utilizadas para a captação de água.

“Não podemos coletar uma grande quantidade de água a menos que tenhamos um processo de coleta rápido. O problema com outras superfícies é que as pequenas gotas de água podem evaporar antes de serem coletadas, "Dai disse.

"Com base em nossos dados experimentais, a superfície de engrossamento aumentou a taxa de captação de água 200% maior do que suas contrapartes, "disse Zongqi Guo, um estudante de doutorado em engenharia mecânica e co-autor principal. Dai e seus colegas continuam a trabalhar em maneiras de usar seu lubrificante para fazer sistemas de coleta de água sustentáveis ​​que são móveis, menor em tamanho, mais baixo em peso e menos caro.

"Se pudermos fazer isso, podemos colher água em qualquer lugar que tenha ar, o que é particularmente importante em regiões onde a água é escassa, "Dai disse.