Исследователи из США разработали необычный материал, способный самостоятельно извлекать влагу из воздуха под воздействием солнечного света. В отличие от большинства современных систем сбора атмосферной воды, новая технология практически не требует затрат энергии: структура активируется естественным ультрафиолетовым излучением и начинает поглощать молекулы воды из окружающей среды.

Разработка принадлежит химикам Университета Айовы. Учёные считают, что в будущем подобные материалы могут стать основой для автономных систем получения питьевой воды в засушливых регионах, туристическом оборудовании и даже переносных устройствах, напоминающих «неисчерпаемую флягу», которая постоянно пополняет запас воды прямо из воздуха.

Как работает новый материал

В основе технологии лежат металлоорганические каркасы — MOF-структуры (Metal-Organic Frameworks). Это особый класс материалов с крайне сложной внутренней архитектурой и огромным количеством микроскопических пустот.

Такие структуры состоят из металлических узлов, соединённых органическими молекулами. Благодаря этому внутри материала формируется сеть миниатюрных полостей, размеры и свойства которых можно настраивать под конкретные задачи.

Подобные материалы уже используются в научных разработках для:

• улавливания углекислого газа;
• фильтрации токсичных веществ;
• хранения газов;
• очистки воздуха;
• извлечения влаги из атмосферы.

Главное преимущество MOF заключается в возможности буквально «проектировать» внутренние полости под определённые молекулы.

В чём особенность разработки из Айовы

Новая система оказалась значительно сложнее традиционных сорбентов.

Обычно материалы для сбора воды работают пассивно: они постоянно поглощают влагу, а затем требуют нагрева или других энергозатратных процессов для её извлечения.

Американские химики предложили совершенно иной подход. Их MOF-структура меняет внутреннее строение под воздействием ультрафиолетового света.

До облучения материал практически не содержит полостей, пригодных для удержания воды. Однако после воздействия солнечного УФ-излучения кристаллическая решётка перестраивается, внутри появляются микроскопические каверны, в которые начинают проникать молекулы влаги из воздуха.

Именно эта способность «включаться» под действием света делает материал необычным среди существующих систем атмосферного водосбора.

Учёные подтвердили появление воды внутри структуры

Для анализа материала исследователи использовали рентгеноструктурный метод исследования.

После облучения ультрафиолетом учёные обнаружили, что в новых внутренних полостях действительно присутствуют молекулы воды. Это подтвердило, что перестройка кристаллической структуры напрямую связана с процессом поглощения влаги.

Фактически материал самостоятельно создаёт внутри себя пространство для хранения воды только после активации солнечным светом.

Насколько эффективна технология сейчас

На текущем этапе возможности материала пока ограничены.

Во время лабораторных испытаний система смогла удерживать объём воды, равный примерно 5 % собственной массы. Для современных MOF-сорбентов это сравнительно скромный показатель.

Однако исследователи подчёркивают, что главная цель работы состояла не в рекордной эффективности, а в демонстрации принципиально нового механизма работы.

Эксперимент доказал, что солнечный свет действительно способен управлять внутренней структурой материала и запускать процесс захвата воды из атмосферы.

Где технология может пригодиться в будущем

Учёные считают, что дальнейшее развитие подобных материалов может привести к появлению автономных систем получения воды без подключения к электросети.

В перспективе технология может использоваться:

• в засушливых регионах;
• в системах автономного водоснабжения;
• в походном и военном оборудовании;
• в космических миссиях;
• в мобильных устройствах для выживания.

Особый интерес вызывает возможность создания «умных» сорбентов, которые будут самостоятельно активироваться солнечным светом и работать без внешнего источника энергии.

Почему это считается важным открытием

Одной из главных проблем технологий атмосферного водосбора остаётся высокая энергоёмкость. Во многих случаях для извлечения воды требуется нагрев, компрессоры или сложные системы осушения.

Новая разработка демонстрирует альтернативный подход, где сама структура материала становится динамической и реагирует на окружающую среду.

Если учёным удастся значительно повысить эффективность удержания влаги, подобные MOF-материалы могут стать основой для нового поколения систем добычи воды из воздуха — компактных, автономных и практически не требующих энергии.