美改良碳纳米管森林变身“吸湿架”
- 发布时间：2014-09-16 07:52:45 来源：科技日报 责任编辑：罗伯特
科技日报讯 如果你不想在沙漠里渴死，可以向沙漠甲虫学习，或随身带个碳纳米管杯子。据物理学家组织网近日报道，美国莱斯大学科学家展示了他们的最新成果——由改良碳纳米管森林制作的“吸湿架”，能在干燥的沙漠空气中收集水分子，储存起来以备将来使用。相关论文发表在最近出版的美国化学协会杂志《应用材料与界面》上。
“碳纳米管森林”是一种细长的碳纳米管阵列，通过一种叫做水辅助化学气相沉积的过程生长出来，纳米管直径只有几纳米，长约1厘米。其顶面有一层亲水层，底面是一层超级憎水层，这样水分子就被困在纳米管内部。
莱斯大学材料学科学家普里克尔·阿迦延发现了一种模拟沙漠甲虫（Stenocara beetle）的方法。这种甲虫能伸展翅膀捕获沙漠晨雾里稀有的水分子，以此解渴而在沙漠中生存。研究人员改进了碳纳米管森林的生长过程，先在碳纳米管森林顶部沉淀一层超级憎水层，然后把它们从硅基底座上剥离，翻转过来再在上面加一层亲水聚合物。
在实验中，水分子与亲水顶端结合，由于纳米管森林的毛细管效应和重力而进入材料内部。当小水滴粘在亲水端，水分子会受到范德华力、氢键结合力和双极作用被拉进内部，扩展到整个纳米管，随后水分子会吸取更多的水进来。
他们还实验了几种不同的碳纳米管。只有顶部有亲水层的，在湿润空气中就会散裂，因为底部没有东西把它们连在一起；顶部和底部都有亲水层的，纳米管森林会连在一起，但水会漏出去；而憎水层做底、亲水层做顶的纳米管森林，吸收了达自身重量80%的水后仍能保持完好。
材料能吸收多少水蒸气取决于空气湿度。在干燥空气中，一块8毫克重的样本（表面积0.25平方厘米）11小时能吸收自身重量27.4%的水分，在湿润空气中，13小时能吸收自身重量80%的水分。进一步测试还显示，纳米管森林能大大减缓其吸收水分的蒸发。
研究人员说，碳纳米管森林制造起来很容易，如果能大规模生产，就成为一种高效集水设备。“它不需要任何外部能量，就能把水保持在纳米管森林里，”论文第一作者、实验室研究生赫穆斯·奥兹登说，“你可以挤压纳米管把水挤出来，然后将材料反复使用。”（常丽君）
