科学家开发出更高效的从空气中捕捉淡水的新方法 灵感来自早餐麦片圈

从空气中捕捉淡水的更有效方法，可以从早餐麦片Cheerios中首次瞥见的运动现象中得到启发。卡萨克斯坦科技大学的研究人员观察到，当水滴从空气中凝结到涂有油的冷表面上时，水滴会开始一段复杂的舞蹈。这种运动类似于一种被称为"Cheerios效应"的过程，即漂浮的谷物由于表面张力而趋向于聚集在一起。

Cheerios效应是一个小漂浮物在液体表面聚集的过程。研究人员对这一过程进行了优化，以提高高效集水系统的凝结率。资料来源：2024 KAUST; Ivan Gromicho

领导这项研究的丹-丹尼尔实验室研究员马库斯-林说："我们对设计能促进水凝结的表面很感兴趣，水凝结具有重要的传热和集水应用价值。在典型的固体表面上，凝结的水滴粘附在表面上，运动量极小。想想水在冰冷的苏打水罐上凝结的情形。"只有当液滴长到足够大时，重力才会把它们往下拉，这时液滴才会移动。"

丹尼尔、林和他们的合作者的想法是，添加一层薄薄的油膜可以润滑表面，使液滴高度移动，从而为进一步的液滴凝结腾出空间，提高凝结率，这个想法奏效了，但液滴移动的复杂方式却完全出乎意料。

一旦液滴增长到临界大小，它们就开始以一种类似于精心编排的舞蹈的独特模式在油中移动。林说："它们最初以蛇形方式运动，然后过渡到圆周运动，然后再返回。"这些运动的尺度从微米到几厘米不等，持续时间长达数小时。"

研究人员捕捉到水滴在油性薄膜上凝结时表现出复杂的集体运动，在蛇形运动和圆形运动之间摆动。资料来源：2024 KAUST; Fauzia Wardani

这一过程的驱动力是，就像牛奶中的麦片一样，漂浮在油中的水滴会被吸引向它们的邻居。较大的水滴在运动过程中会吞噬路径上较小的水滴，从而释放出能量。

当局部油膜耗尽时，移动的液滴会重新分配油膜，并从蛇形运动转为圆周运动。一旦局部油膜恢复，蛇形运动又会重新开始。

丹尼尔说，随着淡水资源面临的压力越来越大，人们开始广泛寻求这种无需能量输入、通过简单冷凝就能从空气中高效捕获水的装置。他说："通过优化冷凝液滴的集体运动，我们可以大大提高冷凝率，从而设计出更高效的集水系统。"

研究小组计划进一步探索液滴运动的驱动机制，特别是研究从蛇形运动到圆形运动的过渡。"另一个关键方面是探索潜在的应用，特别是在传热增强和水收集方面。"

编译来源：ScitechDaily