美国科学家开发出一种突破性的、受折纸艺术启发的装置，它能够从空气中收集安全且负担得起的饮用水，并且完全自主运行，无需电力。

麻省理工学院（MIT）的研究团队设计了这块黑色、窗户大小的垂直面板，旨在应对全球水危机。据报道，全球有22亿人受到水危机影响，其中包括美国的4600万人。

该装置由吸水性水凝胶制成，封装在一个涂有冷却层的玻璃舱室内。其设计理念是利用大气作为主要水源（研究人员估计大气中以水蒸气形式储存着数万亿加仑的水）来改善用水获取途径。

该原型机在北美洲最干旱的地区 —— 加利福尼亚州的死亡谷进行了为期一周的测试。测试表明，该装置能够在各种湿度水平下有效捕获水蒸气并生产出安全的饮用水。

一种新颖的集水方法

与以往需要电池、太阳能板或电网电力的技术不同，该原型机完全自主运行，仅依赖于昼夜温差。

麻省理工学院机械工程、土木与环境工程学教授赵选贺（音译）博士解释道，这种受折纸启发的水凝胶在夜间膨胀以吸收空气中的水分。随后，在白天温度升高时，它会释放水分，使水蒸气在玻璃内表面凝结，并通过一个简单的管道系统收集起来。

初步结果显示，即使在相对湿度低至21%的情况下，该装置每天也能提取多达160毫升的饮用水，大约相当于三分之二杯。

赵选贺教授表示：“我们建造了一个米级规模的装置，希望部署在资源有限的地区，那里即使是太阳能电池板也不太容易获得。”他补充说，该装置展示了未来集水技术如何能够扩大规模。“现在人们可以把它做得更大，或者做成并联面板，为人们供应饮用水，产生真正的影响。”

据赵选贺教授介绍，核心创新点之一在于水凝胶的组成。水凝胶是一种柔软、多孔的材料，主要由水和相互连接的聚合物纤维微网络构成。他强调：“通过对软材料的研究，我们非常了解水凝胶的一个特性，那就是它非常擅长从空气中吸收水分。”

无需电力或过滤器

虽然其他研究小组曾使用微孔或纳米孔水凝胶并加入氯化锂等盐类来增强吸收能力，但这些方法常常导致盐分渗入收集的水中，使其变咸并需要进一步过滤。

为了解决这一难题，该团队向水凝胶中加入了甘油，从而稳定了盐分含量并减少了渗漏。最终收集到的水样中盐分含量远低于安全饮用水的阈值。

科学家们对水凝胶形态进行了改进，例如将其塑造成类似气泡膜的小圆顶状图案，这增加了其表面积，增强了吸收水蒸气的能力。

通过在舱室外表面涂覆一层特殊的聚合物薄膜，他们能够冷却玻璃，并促使水凝胶中的任何水蒸气蒸发并凝结到玻璃上。然后，他们安装了一个简单的管道系统，在凝结水沿玻璃流下时进行收集。

在2023年11月为期一周的测试中，该装置在21%至88%的湿度范围内均能运行，每天产生57至161.5毫升的水。即使在极其干燥的条件下，其表现也优于其他系统。

该团队目前正在开发下一代材料，以增强其固有特性。该研究的主要作者、新加坡国立大学助理教授刘畅博士在一份声明中总结道：“这只是一个概念验证设计，还有很多方面我们可以优化。例如，我们可以采用多面板设计。”

研究人员表示，一组这样的面板可能足以供应整个家庭的饮用水需求。他们目前正计划在不同气候带进行进一步测试，以评估其长期性能和可扩展性。

该研究已发表在《自然 水》期刊上。

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