Amerikanske forskere har funnet et stoff – ørsmå nanostaver – som suger vann når det er tørt og slipper det ut igjen når det blir fuktig nok.

Stavenekan blant annet brukes til å hente vann i tørr ørkenluft og samle det i tanker, håper forskerne.

Hvordan er noe slikt mulig? Vann flytter seg selv fra tørt til vått område? Det høres jo nærmest ut som om vann renner oppover – en evighetsmaskin, som jobber mot naturlovene?

Nesten som evighetsmaskin

– Det høres rart ut og er mot enhver intuisjon, bekrefter Kai Sandvold Beckwith overfor forskning.no. Han er forsker ved NTNU og har ikke deltatt i studien.

Likevel – dette er ikke noen evighetsmaskin. Du må på en eller annen måte tilføre energi for at materialet skal gjøre sin underlige baklengskunst.

– Det som er interessant med slike systemer er at det kan være vanskelig å se hvordan energien kommer inn, sier han.

– Dette er et veldig bra eksempel på de helt spesielle egenskapene som nanomaterialer har, fortsetter Beckwith.

På slump

Denne oppdagelsen skjedde på slump. Det har også skjedd tidligere. Kroneksempelet er Wilhelm Röntgen som satte strøm på nesten lufttomme glassrør og oppdaget en uventet glød – fra en ny type stråling.

Nå har de amerikanske forskere hatt sitt Röntgen-øyeblikk. Nærmere bestemt har de festet blikket på noe helt nytt gjennom et elektronmikroskop.

• Les også: Nanopartikler fukter slimhinnene i tørr munn

Uventet væskeslepp

Forskerne ville sjekke om ørsmå nanostaver av kull og jernforbindelser kunne gjøres magnetiske og brukes i for eksempel dataminner.

I elektronmikroskopet fikk de se noe helt annet og uventet. De så hvordan en ukjent væske este ut mellom nanostavene. Samtidig ble stavene tyngre.

Så – når luftfuktigheten omkring ble høy nok – forsvant væsken i et brått puff, og nanostavene mistet halvparten av vekten.

Slår revers

Det merkelige fenomenet ble studert i kraftigere mikroskop og med flere andre avanserte metoder. Det ble klart at den mystiske væsken rett og slett var vann.

Det som skjedde, virket nærmest naturstridig. Normalt suger stoffer mer og mer vann jo fuktigere lufta er omkring dem – som en svamp. Hvorfor slapp denne nanosvampen plutselig ut vannet som damp?

• Les også: Renere vann for fattige land

Video fra Pacific Northwest National Laboratory viser opptaket med elektronmikroskop der forskerne først gjorde oppdagelsen. Midtveis i videoen ser vi hvordan forskerne flytter synsfeltet for å se det uventede damputslippet bedre.

Tjue år gammel teori

Forskerne fra Pacific Northwest National Laboratory har lansert en sannsynlig forklaring på mysteriet..

De har gravd fram en rundt tjue år gammel teori for hva som skjer når vann fanges mellom vegger av et stoff som faktisk avstøter vann.

Spytter damp

I dette tilfellet er veggene nanostavene. I begynnelsen, når lufta er tørr, virker hårrørseffekten sterkere enn avstøtingen.

Vannet suges opp mellom flisene i nanostavene. Mer og mer vann samles opp. Overflatespenningen trekker vannet videre sammen.  Dermed trekkes også flisene mot hverandre.  

Til slutt har de kommet så nær hverandre at den tjue år gamle teorien slår inn.

Vannet skvises sammen og buler ut. Flisene avslører sitt sanne vannavstøtende jeg. Vannet blir ustabilt og spyttes brått ut – som damp.

Det er første gang forskere har sett denne mekanismen i ikke-organiske stoffer. Tidligere er den bare sett i proteiner. Proteiner som er vannavstøtende, kan ha lommer med damp inne i seg. Men det er en viktig forskjell.

– I proteinene er det konstant damp. Her har de oppdaget noe som endrer seg over tid, noe som kan reverseres, kommenterer Beckwith.

Med andre ord: Når fuktigheten synker igjen, samler nanostavene vann på nytt.

– Det legger jo hele grunnlaget for potensielle anvendelser, sier Beckwith.

Dråper i ørkenen

Hvilke anvendelser er det? Hva kan det brukes til? Wilhelm Röntgen stilte kanskje samme spørsmål da han så den mystiske gløden i laboratoriet for god over hundre år siden.

I dag vet vi hvor nyttige røntgenstrålene har vært. Forskerne bak nanostavene tror deres oppdagelse også kan bli til hjelp for folk.

Nanostavene kan for eksempel brukes til å hente rent vann ut av ganske tørr luft i ørkenen. Da må du finne en måte å gjøre luftfuktigheten så høy ute mellom sanddynene at stavene spytter ut dampen igjen.

Forskerne ser for seg at dampen kondenseres til vann og samles i en tank der det også er litt vann fra før. Da vil luftfuktigheten inni tanken være høy nok. Stavene vil spytte damp.

– Vi ser for oss at stavene vekselvis eksponeres for atmosfæren og så for lagertanken, skriver en av forskerne, David J. Heldebrant, i en e-post til forskning.no.

Tørre tights i varmen

Nanostavene kan også veves inn i stoffer som suger svette og frigjør fuktigheten som damp på utsiden av plagget.

Så lenge kroppen er bare litt våt av svette, suger nanostavene. Når kroppen blir veldig våt, slipper nanostavene ut det de har sugd opp. Så bygger svetten seg opp igjen, og prosessen gjentas.

– Materialet kan selv justere kapasiteten ut fra fuktigheten, skriver Heldebrant til forskning.no.

• Nanostaver kan brukes til annet også. Les mer: Nanokobber i myke skjermer

Langt fram – som vanlig

Som vanlig for uventede oppdagelser er det likevel langt fram til dråper i ørkenen og tørre tights. Nanostavene må forbedres, volumet må opp og prisen ned, ifølge nyhetsmeldingen fra Pacific Northwest National Laboratory.

– Det er dessverre der det stopper for mange nanomaterialer, kommenterer Beckwith fra NTNU.

– Man observerer noe interessant, men så kan det ikke skaleres opp eller prisen er for høy. Vi får bare se hva de kan få til. Uansett er det en veldig interessant observasjon, sier han.

Lenke og referanse:

Nyhetsmelding fra Pacific Northwest National Laboratory under U.S. Department of Energy.

Satish K. Nune m.fl: Anomalous water expulsion from carbon-based rods at high humidity, Nature Nanotechnology, 13. juni 2016, doi:10.1038/nnano.2016.91, sammendrag.