比回形针小的智能海绵能以94%的效率从空气中吸水

该设备在30%到90%的湿度水平和41到131华氏度的温度下都能可靠地工作。

来自澳大利亚和中国的研究人员设计了一种智能海绵设备，能够从稀薄的空气中捕获水，并利用太阳能将其释放到一个杯子中，即使在大多数其他系统都无法实现的干燥气候下，它也具有令人印象深刻的性能。

这种创新的空气水装置使用了一种由改性巴尔沙木制成的海绵状材料 —— 最轻、最软的商业硬木木材 —— 通过盐、纳米颗粒和碳纳米管层进行增强。

德里克·郝博士是澳大利亚皇家墨尔本理工大学的材料科学家和环境工程师，也是这项研究的合著者之一，他透露，这种材料从大气中吸收水分，并利用太阳能，将收集到的水直接释放到杯子里。

该设备在室外测试中取得了令人印象深刻的高达94%的集水效率。此外，它在广泛的环境条件下仍然有效，包括湿度在30%到90%之间，温度在41到131华氏度之间。

这位高级研究员说，这进一步突出了它在离网和受灾地区的应用潜力。

太阳能驱动的水循环

为了解决获得安全饮用水的全球挑战，该团队，包括来自五个中国研究机构的科学家，从木材的天然多孔性中获得灵感，用智能材料增强它，设计出一种比大多数现有技术更有效地捕获水的设备，所有这些都是由阳光驱动的。

郝博士强调说：“我们的团队发明了一种装置，它包括木材的海绵脚手架、氯化锂、氧化铁纳米颗粒、碳纳米管层和其他特殊特征。”他补充说，他们还使用人工智能来优化材料在不同环境条件下的性能。

该装置在一个简单而有效的循环中运行。当杯子的圆顶盖打开时，海绵会吸收空气中的水分。当关闭并暴露在阳光下时，材料加热并将收集的水释放到下面的容器中。

郝博士透露，在90%湿度的实验室测试中，海绵每克吸收约2毫升的水，并在10小时内释放出几乎所有的水。原型由9块海绵立方体组成，每块重0.8克，每次收集循环产生15毫升的水。

在室外测试中，它在夜间每克捕获2.5毫升，并在白天释放大部分。“在30%的湿度下，我们的设备每克吸收约0.6毫升的水，”浙江农林大学教授、联合首席研究员侯俊峰博士说。“这些结果突出了它在离网、太阳能驱动的集水系统中的潜在应用。”

同时，使用天然木材作为基础材料有助于降低成本，同时由于其多孔结构也提供了强大的结构支撑和改善水的运动。由于这一点，以及它在10次循环中的稳定性能，效率损失低于12%，研究人员看到了在偏远或干旱地区大规模使用的巨大潜力。

价格合理，可生物降解，可扩展

郝博士强调，尽管这个设备很小，但如果团队能够扩大规模并优化模块化设计，它可以在紧急情况下成为理想的选择，比如破坏供水的自然灾害。

“目前的示范单位尺寸是15立方毫米，”郝博士说。“准备一个更大的单元是很容易的，或者我们可以用这些单元组成一个阵列。”

侯教授表示，该装置在零下4华氏度的环境下储存20天后仍能继续工作，表现出抗冻性，并在重复使用中保持稳定的性能，效率损失最小。

该团队目前正在与行业合作伙伴讨论扩大生产规模，并将海绵系统集成到更大的太阳能电池阵列中。他们还在考虑集成物联网传感器 —— 测量温度、压力和运动等变量的硬件组件 —— 以根据实时环境条件实现流程自动化。

郝博士在一份新闻稿中总结道：“太阳能电池板与热能储存相结合，可以实现全天候运行，特别是在阳光间歇性的地区。”

这项研究发表在《清洁生产杂志》上。

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