La forme en champignon du design accélère le processus de récolte
La méga-sécheresse de cet été dans l’ouest des États-Unis et l’échec d’une usine de traitement de l’eau du Mississippi ont démontré la nécessité de trouver d’autres moyens d’accéder à l’eau en cas de pénurie.
Une solution à la pénurie d’eau est de récolter l’eau de l’air. Le Dr Xianming « Simon » Dai, professeur adjoint de génie mécanique à la Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science de l’Université du Texas à Dallas, travaille sur la technologie pour permettre à quiconque d’avoir un appareil portable abordable qui pourrait accéder à l’eau n’importe où, n’importe quand sans utiliser d’énergie externe.
Dai et son équipe de chercheurs ont récemment fait progresser cette technologie en développant une nouvelle plateforme pour accélérer le processus de récolte. L’équipe a démontré la plate-forme dans une étude publiée en ligne le 29 août dans Actes de l’Académie nationale des sciences.
La plate-forme résout un problème clé dans la collecte de l’eau : les gouttelettes d’eau collectées forment une barrière thermique qui empêche toute condensation supplémentaire, elles doivent donc être retirées de la surface aussi rapidement que possible pour faire de la place pour plus de récolte.
L’équipe UTD a résolu ce problème en développant une plate-forme avec une forme unique. Ils ont coupé une série de canaux en forme de champignon – de diamètre inférieur à celui d’un cheveu humain – dans la surface de collecte de sorte qu’une partie du matériau de surface surplombe chaque canal. Au fur et à mesure que les gouttelettes s’accumulent à la surface, elles sont absorbées dans les canaux, mais la conception en forme de champignon empêche l’eau de refluer sur la surface de collecte initiale. L’eau récoltée est collectée par ces canaux.
La clé du succès de la plate-forme est une nouvelle surface glissante de séparation des flux construite sur la base des travaux antérieurs de Dai en 2018 pour capturer l’eau du brouillard et de l’air. Inspirée des feuilles de riz et des sarracénies qui peuvent piéger et diriger les gouttelettes d’eau, la surface poreuse glissante hydrophile infusée de liquide (SLIPS) possède une propriété unique d’absorption de l’eau qui aide à diriger les gouttelettes d’eau dans les canaux. Les canaux sont également doublés de SLIPS, ce qui aide à empêcher le liquide de se laver à contre-courant sur la surface de collecte initiale.
« La force de tension de surface déplace le liquide de la surface de collecte dans le canal, ce qui est bon pour la collecte continue de l’eau », a déclaré Dai. « Les canaux en forme de champignon sont uniques car ils emprisonnent le liquide à l’intérieur. »
La publication a marqué une réalisation majeure pour Zongqi Guo PhD’21, premier auteur de l’étude, qui a obtenu son diplôme en décembre.
« Ce travail est un résumé de mes recherches doctorales. Nous avons combiné la microfluidique, la microfabrication et la chimie de surface pour dévoiler les nouveaux principes fondamentaux de la durabilité de l’eau, à savoir la séparation des flux », a déclaré Guo, désormais stagiaire postdoctoral à l’Université du Minnesota.
La technologie a une variété d’applications, y compris des utilisations militaires. Dai a reçu un prix du programme des jeunes chercheurs du Bureau de recherche de l’armée en 2019 pour faire avancer la recherche, qui est également financée par la National Science Foundation.
« Les soldats doivent pouvoir boire de l’eau où qu’ils se trouvent », a déclaré Dai. « Cela nécessite une technologie décentralisée de collecte de l’eau. »
Parce que la technologie élimine l’humidité de l’air, elle pourrait également être utile dans la transformation des aliments et d’autres environnements nécessitant un contrôle de l’humidité, a-t-il déclaré. L’équipe de Dai continue d’améliorer la technologie et de travailler pour avoir des impacts plus larges.
Le Dr Joshua Summers, professeur et chef de département de génie mécanique, a déclaré que les recherches de Dai portent sur l’importance d’améliorer le bien-être de tous.
« Espérons que cette publication puisse aider à stimuler la découverte scientifique et l’ingénierie de solutions qui peuvent être largement déployées là où l’humidité doit être récoltée », a déclaré Summers. « En tant que grand fan de ‘Star Wars’, je suis ravi de voir que nous nous rapprochons des ‘fermes humides’ de la jeunesse de Luke. »
Les co-auteurs de l’étude incluent Dylan Boylan, étudiant diplômé en génie mécanique, et le Dr Li Shan, associé de recherche en génie mécanique.
Source de l’histoire :
Matériel fourni par Université du Texas à Dallas. Original écrit par Kim Horner. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.