Hög luftfuktighet orsakar obehag och gör att varma dagar känns mer outhärdliga. Ett team av forskare från National University of Singapore (NUS) har uppfunnit ett nytt gelliknande material som inte bara effektivt avfuktar omgivande luft för att förbättra termisk komfort, men det utnyttjar också fukten i luften för ett brett utbud av praktiska tillämpningar, som att fungera som sol- eller insynsskydd, ledande bläck och till och med ett batteri. Och alla dessa intressanta egenskaper är inneboende i materialet efter vattenabsorption, utan behov av extern ström.

Den unika hydrogelen är en form av zinkoxid - en förening som finns i solskyddsmedel - i ett gelliknande tillstånd. Den kan absorbera mer än 2,5 gånger sin vikt i vatten från den omgivande miljön och presterar minst åtta gånger bättre än kommersiella torkmedel. Den är lämplig för både inomhus- och utomhusapplikationer, och är dessutom billig och lätt att tillverka.

"Singapore, som många tropiska länder, uppleva höga nivåer av relativ luftfuktighet mellan 70 och 80 procent. I en fuktig miljö, luften är mättad med vatten och som ett resultat, svett på vår kropp avdunstar långsammare. Detta gör att vi känner oss varmare än den faktiska omgivningstemperaturen, leder till stort obehag. Vår nya hydrogel syftar till att uppnå en kylande effekt genom att avlägsna fukt från omgivande luft mycket effektivt, " sa biträdande professor Swee Ching TAN från institutionen för materialvetenskap och teknik vid NUS fakulteten för teknik, som ledde forskningen.

"Denna nya hydrogel presterar minst åtta gånger bättre än befintliga torkmedel, såsom kiselgel och kalciumklorid, för att ta bort fukt från luften – den kan absorbera mer vatten, fungerar snabbare och använder mindre material. Till skillnad från energikrävande avfuktnings- och luftkonditioneringssystem, denna hydrogel kräver ingen elektricitet för att fungera. Den kan enkelt appliceras på väggar, fönster och till och med dekorativa föremål (som en skulptur) för att utföra avfuktningsfunktionen, ", tillade Asst Prof Tan.

Förbättra termisk komfort

Hydrogeler är material som innehåller stora mängder vatten och som ofta används i kontaktlinser, sårförband och produkter för personlig vård. Nyligen, hydrogeler har använts för biomedicinska tillämpningar, såsom tissue engineering och läkemedelsleverans. Dock, hydrogelernas förmåga att absorbera vatten från omgivande luft har inte undersökts väl.

Den nya hydrogelen som utvecklats av NUS Engineering-teamet extraherar vattenmolekyler från omgivande luft direkt, och minskar den relativa luftfuktigheten i ett slutet utrymme från 80 procent till 60 procent – ​​inom den termiska komfortzonen – på mindre än sju minuter.

Detta material är lämpligt för att minska den relativa luftfuktigheten i både inomhus- och utomhusmiljöer, som på sjukhusavdelningar och klassrum utan luftkonditionering, samt i parker och busshållplatser.

Utnyttja luftfuktigheten för många applikationer

Asst Prof Tan sa, "Fukt i luften är en rik resurs, men det finns få försök att skörda och använda den på bästa sätt. När vår nya hydrogel absorberar vatten, vi observerade att den visar intressant optisk, elektriska och elektrokemiska egenskaper. Detta öppnar upp ett brett utbud av användbara applikationer."

Efter att ha tagit in vatten från miljön, den nya hydrogelen blir ogenomskinlig och minskar infraröd transmission med cirka 50 procent. Detta leder till en sänkning av omgivningstemperaturen med mer än sju grader Celsius. Därav, Hydrogelen kan användas som ett smart fönstermaterial för att blockera värmen från naturligt solljus samtidigt som den fungerar som en insynsskyddsskärm. När den används tillsammans med luftkonditioneringsapparater, byggnader eller husägare skulle kunna spara energi eftersom den kallare omgivande luften kommer att kräva mindre elektricitet för att kyla den till önskad temperatur.

En annan intressant tillämpning av hydrogelen är att fungera som ett ledande bläck på kretskort som vanligtvis finns i elektroniska enheter. Materialets gelliknande karaktär gör det mycket attraktivt för flexibel elektronik. Hydrogelen kan enkelt raderas med vanliga lösningsmedel som vinäger, så att kretskorten kunde återanvändas. Detta skulle bidra till att minska elektronikavfallet.

Forskargruppen upptäckte också att hydrogelen kan generera cirka 1,8 volt elektricitet - liknande AA-batteriet - vilket är tillräckligt för att driva enheter som en liten digital klocka. Som sådan, materialet kan också användas som nödkraftskälla i situationer där det inte finns solljus eller elförsörjning.

Dessa forskningsrön har publicerats online i den vetenskapliga tidskriften Energi- och miljövetenskap den 24 maj 2018.

Utvecklingen av den nya hydrogelen stöds av NUS och Singapores utbildningsministerium. Efter de lovande resultaten av att använda hydrogelen för att avsevärt minska den relativa luftfuktigheten, forskargruppen, med stöd från NUS Industry Liaison Office, har fått betydande medel från Temasek Foundation Ecosperity för att testa denna nya applikation i större skala både inomhus och utomhus.

NUS forskarteam har lämnat in ett patent på sin uppfinning, och forskarna kommer att genomföra fler studier för att ytterligare främja tillämpningen av de olika egenskaperna hos den nya hydrogelen.