Recolección direccional de agua en redes nanoporosas

ROCIO GIMENEZ; BERLI, CLAUDIO L. A.; BELLINO, MARTÍN G.

Workshop; XIX Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2019

Superficies biológicas en la micro y nano-escala muestran características especiales que controlan su interacción con el agua del aire húmedo. Actualmente se estudia el desarrollo de nanosistemas artificiales que imiten esta capacidad de recolección de agua direccional que presentan las superficies biológicas evolucionadas. En este contexto, el control direccional de la recolección y transporte del agua en materiales nanoporosos representa un desafío actual. En este trabajo presentamos un tipo de recolección de agua direccionable que se induce mediante el acoplamiento de gradientes de vapor y la condensación mediada por temperatura en nanoporos. Al colocar una gota vecina a una estructura nanoporosa se crea un microclima sobre la red de nanoporos que consiste en un gradiente de vapor de agua desde la gota al ambiente.En las cercanías de la gota donde la presión de vapor es más elevada los nanoporos capturan efectivamente el agua del vapor insaturado debido a que la presión capilar (pcap) que surge de las pequeñas curvaturas en el confinamiento a nanoescala disminuye considerablemente la presión de vapor requerida para la condensación (pc).Por lo tanto, la absorción de agua en las estructuras nanoporosas se produce cercana al borde de la gota, donde p ≥ pc y más allá de una cierta distancia radial, donde la presión de vapor es menor que la pc, los poros permanecen vacios. A partír de este efecto para una dada temperatura se logran zonas localizadas y estables de poros llenos de agua dentro del material nanoporoso.La disminución de la temperatura del sistema permite la condensación a presiones de vapor más bajas (regiones externas del gradiente), produciendo un desplazamiento direccional de la zona de captura de agua.Lo que distingue este fenómeno a otros ya reportados, es el hecho de que no serequiere infiltración de líquidos en masa ni desplazamiento de la fuente de los fluidos. La recolección se debe a una captura de agua guiada debidoa la dependencia de condensación con la temperatura actuando sobre el gradiente de presión de vapor originado por una gota sin una conexión fluida con una red nanoporosa. Este novedoso principio de funcionamiento sólo requiere control de la temperatura de superficie enun rango pequeño, que fue generado en estecaso por una célula termoeléctrica acoplada a los sistemas nanoporosos. La estrategia abre el camino para lograr un control preciso (desde unos pocos hasta cientos de micrómetros) sobre la ubicación y dirección del agua recolectada por estos nanomateriales ampliamente empleados. Además, a medida que el agua se recoge de la condensación en los poros, el sistema implica naturalmente la purificación y la posterior entrega de agua limpia, lo que proporciona un valor agregado a la estrategia propuesta.