물부족 해결: 혁신적인 신소재, 에너지 없이 희박한 공기에서 물 수확한다.

국제 연구자들이 개발한 야누스 크리스털은 사막 생물에서 영감을 받아 에너지 없이도 대기의 물을 효율적으로 수확하며, 세계적인 물 부족 문제에 대한 유망한 해결책을 제시한다.

길림대학교, NYU 아부다비의 스마트 소재 연구실, 스마트 엔지니어링 소재 센터의 과학자 팀은 에너지 입력 없이 안개에서 물을 수확할 수 있는 새로운 결정질 소재를 개발했다.

야누스 크리스털이라는 이름의 이 새로운 스마트 크리스털은 건조한 환경에서도 살아남을 수 있는 사막 식물과 동물에서 영감을 받았다. 예를 들어, 사막 딱정벌레와 도마뱀은 친수성과 소수성 영역을 모두 갖춘 표면 구조를 개발하고 공기에서 수분을 효과적으로 포착하도록 진화했다. 물은 친수성 영역으로 끌리고 물방울은 소수성 영역을 통해 축적되어 운반된다.

화학 교수인 팬스 나우모프가 이끄는 팀은 미국 화학 협회 저널에 게재된 새로운 논문에서 연구 결과를 발표했다.

야뉴스 크리스털(Janus Crystals)의 개발 및 특성

연구원들은 탄성 유기 결정을 성장시키는 데 사용된 세 가지 화학적으로 다재다능한 유기 화합물을 선택했다. 그런 다음 이러한 각 물질이 ​​공중에 떠 있는 물과 어떻게 상호 작용하는지 테스트하여 표면 수준에서 친수성과 소수성 영역을 모두 포함하는 새로운 물 수집 물질인 야누스 크리스털을 만들었다. 하나는 물을 포집하고 다른 하나는 수집을 위한 용기로 옮긴다.

야누스 크리스털은 현재까지 가장 높은 물 수집 효율로 습한 공기에서 습기를 포착한다. 크리스털의 좁고 빛을 반투명하게 투과하는 구조 덕분에 연구자들은 빛을 사용하여 안개 물방울의 수집 및 응축을 실시간으로 모니터링할 수 있다.

에너지 효율적인 물 수집 방법

담수화는 식수를 생산하는 데 널리 사용되는 방법이지만, 소금물에 용해된 소금을 분리하려면 에너지 집약적인 공정이 필요한다. 반면, 야누스 크리스털이 사용하는 공기 중 습도나 안개의 응축 공정은 주변 조건에서 자발적으로 이루어지며 에너지 입력 없이 수행할 수 있어 무한한 깨끗한 물 공급원을 제공할 수 있다.

이전에 보고된 다공성 유기 결정과는 달리, 야누스 크리스털은 표면에서 물 수집 및 물 전달 기능을 결합하여 주변 조건에서 수집된 물의 양을 극대화하는 고효율 물 수확 공정을 만들어낸다.

영향 및 미래 응용 분야

"지구 대기에는 활용되지 않은 담수가 풍부하게 포함되어 있지만, 우리는 이 습기를 효율적으로 포집하고 수집하여 식수로 응축할 수 있는 재료가 절실히 필요한다."라고 나우모프는 말했다. "우리 팀이 개발한 결정은 유기 결정의 기계적 컴플라이언스와 광학적 투명성을 활용할 뿐만 아니라, 대규모로 사용하면 사회적 수준에서 물 부족에 대처하는 데 도움이 될 수 있는 능동적이고 자체 감지적이며 효율적인 표면 활성 수확기를 설계할 수 있는 길을 열었다."