Takashi Miyata vid Kansai University och kollegor rapporterar in Naturkommunikation en temperaturkänslig gel som absorberar fukt och, vid uppvärmning, släpper ut det i form av vatten. Tillämpningarna inkluderar energieffektiva material för kondensering av fukt i vatten.

Hydrogeler är mycket absorberande material, och när de innehåller polymerkedjor som svarar på yttre stimuli (t.ex. pH eller temperatur) de som kan visa abrupta volymförändringar när omgivande förhållanden förändras. Sådana stimuli-responsiva hydrogeler har en rad potentiella tillämpningar, till exempel i läkemedelsleveranssystem, sensorer, cellodling och så vidare.

Särskilt, värmekänsliga hydrogeler som förvaras i en vattenlösning genomgår en reversibel fasövergång över en kritisk temperatur som orsakar en övergång från ett hydratiserat till ett uttorkat tillstånd, vilket resulterar i en drastisk krympning av gelén. Många studier finns på hydrogeler som reagerar på temperaturförändringar medan de är i lösning, men beteendet hos de torkade gelerna i luft har ännu inte studerats.

Nu, Takashi Miyata vid Kansai University och kollegor närvarande i en studie publicerad i Naturkommunikation en temperaturkänslig gel som absorberar fukt och, vid uppvärmning, släpper ut det i form av vatten.

Gelén innehåller en värmekänslig polymer och en hydrofil komponent (natriumalginat) som ökar vattenabsorberingen. Övergångstemperaturen för detta material är nära rumstemperatur, 32 ° C. Vid hög relativ luftfuktighet (80%) vid 25 ° C, gelén absorberar 0,6 g vatten per gram och sväller. Närvaron av vatten på polymerkedjorna får dem att reagera på temperaturen på ett liknande sätt som hydrogeler nedsänkta i lösning, så att kedjorna, som till en början är hydrofila, byt till hydrofob med temperaturhöjning. När detta händer, vattenmolekylerna desorberar och kondenseras till flytande vatten. Verkligen, när provet värms upp till en temperatur på upp till 50 ° C, vatten dyker upp på ytan, och dess mängd ökar avsevärt vid temperaturer över 40 ° C.

Således fungerar gelén som en avfuktare men, till skillnad från traditionella avfuktare som kräver energi för att avdunsta det absorberade vattnet för att regenerera materialet, och sedan för att kondensera det för insamling, gelén kan kondensera vatten helt enkelt som svar på en liten temperaturförändring (från 25 ° C till 50 ° C). Regenerering av materialet och uppsamling av vattnet kan således uppnås med mycket lite energi. Ytterligare optimering behövs fortfarande, men termoreaktiva geler som den som presenteras i detta dokument kan hitta applikationer som energieffektiva material för kondensering av fukt till vatten.

Hydrogel

En hydrogel är ett polymert nätverk som bildas av hydrofila polymerkedjor; kedjornas hydrofilitet innebär att när de nedsänks i vatten kan hydrogeler absorbera stora mängder vatten (en hydrogel kan innehålla mer än 90% vatten), vilket får gelen att svälla, bibehåller sin 3D-struktur. Hydrogels används i många sammanhang, till exempel som ställningar i vävnadsteknik, för ihållande läkemedelsleverans eller, om de innehåller tillsats som är känslig för specifika molekyler, som biosensorer.