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賓夕法尼亞大學(xué)楊澍課題組 AFM:可實(shí)現(xiàn)吸濕和水自釋放的混合水凝膠除濕劑
2023-12-12  來源:高分子科技

  大氣中的水是獲取淡水和可持續(xù)能源的寶貴資源,直接從濕氣中收集水是非常具挑戰(zhàn)性的。由含鹽的水凝膠制成的混合脫濕劑在吸濕方面具有不錯(cuò)的潛力,然而,脫附水的過程往往需要對樣品進(jìn)行加熱,因此消耗額外的能量,從而局限了這一技術(shù)的發(fā)展。


  賓夕法尼亞大學(xué)楊澍課題組在《Advanced Functional Materials》發(fā)表了題為《Moisture Absorbing and Water Self-Releasing from Hybrid Hydrogel Desiccants》的文章。在本文中,研究者們通過紫外光聚合制備了一種聚丙烯酸(PAA)水凝膠,并在其中嵌入了氯化鋰。紫外光聚合方法可以簡單而快速地制備,并能控制薄膜的幾何形狀。這種復(fù)合水凝膠在室溫和相對濕度50-90%的條件下可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)吸濕和自主釋放液態(tài)水。釋放水的過程可以分為兩個(gè)明確的階段:1)表面釋放:由于在成核和擴(kuò)散速率上存在差異,水滴會(huì)在水凝膠表面生長;2)大批量釋放:由聚合物鏈的堆疊引發(fā)了水凝膠網(wǎng)絡(luò)中水的釋放 (圖1)。 


圖1. PAA‐LiCl薄膜吸濕和釋放的示意圖 研究者們系統(tǒng)性地研究了鹽濃度、水凝膠交聯(lián)密度和薄膜厚度等因素,以便更好地了解吸濕和釋放水的過程。此外,將疏水區(qū)域引入嵌入鹽的PAA薄膜,產(chǎn)生增強(qiáng)液滴生長速率的邊緣效應(yīng)。當(dāng)疏水區(qū)域被圖案化時(shí),釋放水的運(yùn)動(dòng)可以被引導(dǎo),在重力作用的加持下,水去除速率與平坦的PAA-LiCl薄膜相比可以增加三倍 (圖2)。此外,減小薄膜厚度增加了水的吸收,并縮短了到達(dá)臨界點(diǎn)的時(shí)間。


圖2. PAA-LiCl薄膜上10分鐘內(nèi)水滴凝聚和生長的光學(xué)顯微鏡圖像,包括:(a)原始薄膜和(b)帶有隨機(jī)分布的疏水區(qū)域的薄膜。一系列光學(xué)照片展示了水凝膠薄膜上的疏水圖案可以引導(dǎo)水滴的滑落.,圖案包括: (c)隨機(jī),(d)平行線,和 (e)樹狀線。紅色箭頭表示由圖案引導(dǎo)的水滴運(yùn)動(dòng)方向。(f)不同圖案的薄膜上水滴滑落的起始時(shí)間。


  這項(xiàng)研究彰顯了嵌入鹽的水凝膠在不使用外部能源的情況下被動(dòng)吸濕的潛力。這有助于設(shè)計(jì)新型混合聚電解質(zhì)水凝膠并實(shí)現(xiàn)低碳高效的除濕。文章第一并列作者是博士生So Hee Nah和博士后Yuchan Lee.


  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202313881

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