Material que coleta passivamente água do ar é descoberto por acaso

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/06/2025

A produtividade do coletor de água é surpreendente.
[Imagem: Baekmin Q. Kim et al. - 10.1126/sciadv.adu8349]

Sem querer, mas bem-vindo

Uma observação casual durante um experimento de laboratório levou a uma descoberta inesperada e surpreendente: Uma nova classe de materiais capazes de coletar água da umidade do ar ambiente, armazená-la em seus poros e depois liberar a água pura sem a necessidade de qualquer energia externa.

A captura de água da umidade do ar deixou de ser uma curiosidade e está agora atraindo esforços de inúmeras equipes ao redor do mundo. Mas Baekmin Kim e seus colegas da Universidade da Pensilvânia não escondem a verdade: Eles não estavam trabalhando nisso.

"Nem estávamos tentando coletar água," conta o professor Daeyeon Lee. "Estávamos trabalhando em outro projeto, testando a combinação de nanoporos hidrofílicos e polímeros hidrofóbicos quando Bharath Venkatesh, um ex-aluno de doutorado em nosso laboratório, notou gotículas de água aparecendo em um material que estávamos testando. Não fazia sentido. Foi aí que começamos a questionar."

Os questionamentos levaram à descoberta de um novo tipo de material nanoporoso anfifílico, um material que combina componentes que gostam de água (hidrofílicos) e repelentes de água (hidrofóbicos) em uma estrutura nanométrica única. O resultado é um material que captura a umidade do ar e, simultaneamente, a expele na forma de gotículas.

"Nos materiais nanoporosos típicos, assim que a água entra nos poros, ela permanece lá," compara Amish Patel, membro da equipe. "Mas no nosso material a água se move, primeiro condensando-se dentro dos poros, e depois emergindo na superfície na forma de gotículas. Isso nunca foi visto antes em um sistema como este, e a princípio duvidamos das nossas observações."

Estrutura interna do material que coleta água da umidade do ar atmosférico.
[Imagem: Baekmin Q. Kim et al. - 10.1126/sciadv.adu8349]

Interação entre materiais

A suspeita inicial era que a água estava condensando na superfície do material devido a um gradiente de temperatura no laboratório. Mas a quantidade total de água coletada aumentou à medida que os pesquisadores aumentaram a espessura do filme com que estavam trabalhando, provando que as gotas de água formadas na superfície vieram de dentro do material, e não de uma condensação superficial normal.

Ainda mais surpreendente, as gotículas não evaporam rapidamente, como previsto pela termodinâmica. "De acordo com a curvatura e o tamanho das gotículas, elas deveriam estar evaporando," disse Patel. "Mas não estavam; elas permaneceram estáveis por longos períodos."

Como a coisa desafiava a física, a equipe então partiu para estudos aprofundados, da geometria dos poros do material à sua interação com a luz. Foi quando descobriram que, sem querer, haviam criado um material com o equilíbrio preciso de nanopartículas que atraem água e partículas de um plástico, o polietileno, que repele água.

"Acertamos o ponto ideal acidentalmente," detalhou Lee. "As gotículas estão conectadas a reservatórios ocultos nos poros abaixo. Esses reservatórios são continuamente reabastecidos pelo vapor d'água presente no ar, criando um ciclo de retroalimentação possibilitado por esse equilíbrio perfeito entre materiais que amam e que repelem a água."

Desvendar o que estava acontecendo exigiu a colaboração com outras equipes.
[Imagem: Baekmin Q. Kim et al. - 10.1126/sciadv.adu8349]

Aplicações

Além do comportamento desafiador ante a física, a simplicidade do material o torna muito promissor. Feitos de polímeros e nanopartículas comuns, utilizando métodos de fabricação escaláveis, esses filmes podem ser integrados a dispositivos passivos de coleta de água para regiões áridas, superfícies para resfriamento de eletrônicos ou revestimentos inteligentes que respondam à umidade ambiente.

"Ainda estamos descobrindo os mecanismos em ação," disse Patel. "Mas o potencial é empolgante. Estamos aprendendo com a biologia - como células e proteínas gerenciam a água em ambientes complexos - e aplicando isso para projetar materiais melhores."

Os planos agora incluem estudar como otimizar o equilíbrio dos componentes hidrofílicos e hidrofóbicos, como dimensionar o material para seu uso no mundo real e pesquisar como fazer com que as gotas coletadas rolem pelas superfícies de forma eficiente, para que um coletor de água da umidade possa funcionar de modo totalmente passivo.

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