Nat Commun：基于物理学的水凝胶水分捕获特性预测

Nanoyu

2024-10-17

吸湿材料可以实现可能改变游戏规则的能源水技术，例如大气制水、储热和被动冷却。水凝胶复合材料最近因其成本低、对湿度高和设计多功能性而成为出色的吸湿材料。尽管人们付出了大量努力通过实验探索水凝胶在高性能吸湿方面的巨大设计空间，但我们对这些材料吸湿特性的理解仍然存在关键的知识差距。这种缺乏的理解阻碍了新型水凝胶的快速开发、材料性能的提升和设备级优化。

近日，麻省理工学院Carlos D. Díaz-Marín结合水凝胶-盐复合材料的合成和表征，以开发和验证弥补这一知识差距的理论描述。

文章要点

1）从水凝胶-盐复合材料的热力学描述开始，研究人员开发了能够准确捕捉实验测量的吸湿量和吸附焓的模型。

2）研究人员还开发了能够精确再现水凝胶-盐复合材料对水分动态吸收和解吸过程的质量传输模型。总而言之，这些结果证明了主导水分捕获性能的主要变量，表明在所有考虑的情况下，聚合物在材料性能中的作用微不足道。

该见解指导了下一代水分捕获水凝胶的合成，并以以前无法实现的方式实现了系统级优化，这对于关键的水能应用来说是前所未有的。

参考文献

Díaz-Marín, C.D., Masetti, L., Roper, M.A. et al. Physics-based prediction of moisture-capture properties of hydrogels. Nat Commun 15, 8948 (2024).

DOI：10.1038/s41467-024-53291-5

https://doi.org/10.1038/s41467-024-53291-5