从空气取水穿身上 神奇夹克每天造出一升饮用水

　　当我们出门跑步或爬山时，如果随身带的水喝完了，又一时找不到超市该如何是好？

　　科学家们给出了一个让人意想不到的方案：将夹克变成会“造水”的神器，通过它从空气中收集水，再通过一个便携收集装置将水分释放、冷凝并收集成可饮用水。

　　近期，德克萨斯大学奥斯汀分校 Guihua Yu 教授团队与合作者研发了一种特殊材质的夹克，能从空气中直接收集饮用水，单次产水量达 410-894 毫升。

　　不局限于夹克，这项技术未来还有可能进一步集成到背包、帐篷中，适用于水资源匮乏地区或徒步者、露营者、运动人士和救援人员等户外人群。

　　在该团队的另一项研究中，研究人员还在沙漠环境中创造了每公斤材料日采 4.3 升水的纪录，为干旱地区分散式供水提供了一种新的解决方案。相关论文分别发表于 Science Advances[1] 和 Nature Water[2]。

　　在传统方案中，如果想从空气中收集水分可能需要一些固定装置，例如箱体、面板或大型吸附床。尽管这些装置也能实现水分收集，但难以满足户外出行或应急救援等需要灵活用水的场景。

　　研究团队提出了一个设想：能不能放弃这些装置，而是通过日常穿着的衣物面料从空气中收集水分，找到一种便携式、可穿戴的收集方法呢？

　　为验证这种想法，研究人员开发出了一种分级多孔结构的功能纤维，然后用这种纤维织成布料，可以在不同湿度环境下高效捕捉空气中的水蒸气，再通过一个便携收集装置将它们收集出来作为饮用水。

　　研究人员发现，收集水量与湿度条件呈正相关。在 20% 至 80% 的相对湿度范围内，这种夹克实现了每公斤吸附剂每天产水 3.76 至 7.45 升，该原型系统单次循环的净集水量可达 410 至 894 毫升。

　　此外，这种纺织物的优势还体现在材料性能方面。与传统的集水材料相比，该材料在大规模应用中可提升 3 到 10 倍的性能。

　　但如果它只是吸水性能好还远远不够，研究团队在加速水分子快速流动方面也进行了创新。与普通的实心纤维不同，这种新型纤维的巧妙设计之处在于“会呼吸”。

　　具体而言，纤维表面存在开放的大孔，以便空气中的水蒸气碰到它时转变为液态水；而纤维内部则是一种层级分明的孔道结构，这样液化后的水可以迅速从表面向芯部传输，实现水快速渗透到纤维内部。

　　正是基于这样的特性，这种材料不仅在实验室环境中表现优异，也在可穿戴系统中应用。除了在将这项技术应用于服装，研究人员也在探索将其集成在其他物品的可能性，例如背包、帐篷、应急避难所和其他户外装备，这样人们可以方便、随时随地地从空气中收集水分。

　　尽管这项技术目前处于实验室阶段，但它为人们提供了一种获取水资源的新思路：空气取水可以不用笨重的装置，而是随身携带，随取随用。

　　与此同时，该团队在发表于 Nature Water 的研究成果也取得了突破性进展。研究人员开发了一款完全依靠太阳能驱动的便携式空气取水装置，它的关键突破体现在，将材料、器件与运行作为一个系统进行整体设计。

　　在美国新墨西哥州奇瓦瓦沙漠（相对湿度～26%）炎热干燥的气候和奥斯汀较潮湿的环境中，研究团队不仅创造了从空气中取水量的新纪录，还表现出利用大气水分解决饮用水短缺问题的应用潜力。

　　测试结果显示，研究人员在干旱和半湿润地区每天可实现收集清洁水 1.3 升，相当于每公斤吸湿材料每天收集 4.3 升水。

（来源：Science Advances）

　　该装置的关键是一种由生物质衍生材料制成的新型水凝胶织物，可通过它吸收空气中的水分，然后在阳光照射下加热时释放水分，从而使水汽冷凝并收集起来。

　　这种设备适用于全球缺乏水资源的国家和地区，包括北非、中东、南亚和撒哈拉以南非洲的部分地区。因此，这项技术可作为分散式供水解决方案，为偏远社区、应急响应以及其他难以建设或维护传统供水系统的环境提供帮助。

　　实际上，从空气中取水并不是一件新鲜事，无论是特殊纤维还是便携式空气取水装置，并非只是给现有技术做一个补充或者备选方案，这项技术还有更深远的意义。全球约三分之二的人口亟待解决水资源短缺的问题，而大气是地球上一个天然，但目前未被充分开发的水库，其储存的水量约 12,900 万亿升。

　　如果那些没有自来水厂、买不起瓶装水的贫困干旱国家和地区的人们能有这样一件特制的衣服，白天可以当日常衣服穿，晚上将取水单元取下来加热收集就有干净水喝，或者具有这样一种便携式空气取水的装置，对这些国家和地区的人们来说无异于是解决了他们的“大问题”。