Un modo più efficiente per catturare l'acqua dolce dall'aria potrebbe essere ispirato da un fenomeno di movimento intravisto per la prima volta nelle ciotole di cereali per la colazione.
I ricercatori di KAUST hanno osservato che quando le goccioline d'acqua si condensano dall'aria su una superficie fredda ricoperta di olio, le goccioline iniziano una danza complessa. Questo movimento, simile a un processo noto come effetto Cheerios in base al quale i cereali galleggianti tendono ad accumularsi a causa della tensione superficiale, potrebbe contribuire ad accelerare la raccolta dell'acqua dall'atmosfera in regioni aride come l'Arabia Saudita.
"Siamo interessati a progettare superfici che possano favorire la condensazione dell'acqua, che ha importanti applicazioni nel trasferimento di calore e nella raccolta dell'acqua", afferma Marcus Lin, ricercatore nel laboratorio di Dan Daniel, che ha guidato la ricerca. Su una tipica superficie solida, le goccioline condensate aderiscono alla superficie con un movimento minimo. "Pensa all'acqua che si condensa su una lattina fredda", afferma Lin. "Le goccioline si muovono solo quando diventano abbastanza grandi da essere trascinate giù dalla gravità."
Daniel, Lin e i loro collaboratori hanno avuto l’idea che l’aggiunta di un sottile film di olio avrebbe lubrificato la superficie, producendo goccioline altamente mobili che avrebbero liberato spazio per un’ulteriore condensazione delle goccioline, aumentandone la velocità. L'idea ha funzionato, ma il modo complesso in cui si muovevano le goccioline è stato una completa sorpresa, afferma Daniel.
Una volta che le goccioline hanno raggiunto una dimensione critica, hanno iniziato a muoversi attraverso l’olio secondo uno schema distinto simile a una danza elaborata. "Inizialmente si muovevano in modo serpentino prima di passare a movimenti circolari, e poi di nuovo indietro", dice Lin. "Questi movimenti si verificavano su scale che andavano dai micrometri a diversi centimetri e duravano per ore."
La forza trainante del processo è che, come i Cheerios nel latte, le goccioline d'acqua che galleggiano sull'olio vengono attratte verso i loro vicini. Il movimento delle goccioline più grandi è guidato dall'energia rilasciata mentre inghiottono le goccioline più piccole sul loro percorso.
Le goccioline in movimento ridistribuiscono il film d'olio e passano da un movimento serpentino a un movimento circolare quando il film si esaurisce localmente. Una volta che il petrolio locale si è ricostruito, la danza del serpente riprende.
Tali dispositivi in grado di catturare in modo efficiente l’acqua dall’aria mediante semplice condensazione, senza apporto di energia, sono ampiamente ricercati man mano che la pressione aumenta sulle fonti di acqua dolce, afferma Daniel. "Ottimizzando il movimento collettivo delle goccioline di condensazione, possiamo aumentare notevolmente i tassi di condensazione e quindi progettare sistemi di raccolta dell'acqua più efficienti", afferma.
Il team prevede di esplorare ulteriormente i meccanismi che guidano il movimento delle goccioline, studiando in particolare la transizione dal movimento serpentino a quello circolare. "Un altro aspetto chiave è esplorare potenziali applicazioni, in particolare nel miglioramento del trasferimento di calore e nella raccolta dell'acqua", aggiunge Lin.
Lo studio è pubblicato sulla rivista Physical Review Letters .
Ulteriori informazioni: Marcus Lin et al, Movimento collettivo emergente delle goccioline di condensa semoventi, Lettere di revisione fisica (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.058203
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica
Fornito da King Abdullah University of Science and Technology
