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Atividade Financiada

Membranas de celulose formadas por micro/nano hélices que mudam de forma para a recolha de micro gotas de água

Dynamically responsive micro/nano helical shaped membranes for water droplet collection

Referência
2022.01619.PTDC
Data de Início do Projeto
2023-03-01
Data de Fim do Projeto
2026-12-31
Investigador Principal
Coinvestigador Principal
Área Científica
Ciências da engenharia e tecnologias
Programa de Financiamento
Concurso de Projetos de I&D em Todos os Domínios Científicos - 2022 - ICDT

Resumo

DynaCellCollect tem como objetivo a produção e caracterização de novas membranas não-tecidas à base de celulose para recolher de forma eficaz água da humidade do ar. As novas membranas são formadas por filamentos micro/nano helicoidais que respondem à alteração da percentagem de humidade existente no meio ambiente. A capacidade de recolher água resulta de elevada relação superfície/volume e porosidade da membrana. Após a recolha de água, os micro/nano filamentos mudam de forma promovendo desta forma a condução de água através da membrana devido à gravidade e a consequente recolha. O fluxo de água permite que os filamentos tomem a forma inicial, e desta forma estejam novamente disponíveis para recolha de mais água. A inspiração para a produção das membranas DynaCellCollect vem da mudança de forma  que algumas estruturas de plantas apresentam na presença de água [1, 2] assim como a capacidade de capturar água da humidade do ar que as teias de aranha [3]  e os besouros do deserto de Namíbia [4] apresentam. As plantas produzem uma grande variedade e quantidade de celulose, formando meso e microestruturas com características únicas e formas complexas. Essas estruturas estão muito além de qualquer material atual que possa ser produzido artificialmente através da tecnologia. São flexíveis, leves, de baixo custo, em sua maioria destruídas e mal exploradas. Essas estruturas organizadas em conjunto com sistemas líquido cristalinos são grandes candidatos para a produção de membranas que mudam de forma para a recolha de micro gotas de água. A evaporação da água é um fenómeno omnipresente no ambiente natural e uma enorme fonte de energia limpa. A energia associada à evaporação da água do oceano, cursos de água ou portos é tão sutil que não é lhe é dada a devida atenção. Essa fonte renovável pode fornecer enormes volumes de água e contribuir para a produção de energia limpa. Todos os dias, grandes quantidades de água evaporam devido à energia térmica do sol. O  movimento promovido pela presença de água das membranas DynaCellCollect também poderá ser adequado para a construção de um motor, alimentado pela evaporação de água, para a produção de energia limpa [5] . DynaCellCollect visa (1) produzir estruturas responsivas únicas e complexas sem o uso de máquinas de litografia ou precisão complicadas; (2) dar flexibilidade mecânica e estabilidade ao sistema sem o uso de técnicas intrincadas de deposição e (3) ativar o sistema sem necessidade de microeletrónica ou baterias. Esta abordagem inspirada na natureza para produzir membranas não-tecidas DynaCellCollect envolverá estratégias específicas de engenharia de materiais: (i) controlar precisamente a estrutura flexível de suporte e os movimentos direcionais das fibras celulósicas; (ii) modificação química do esqueleto de celulose para promover o movimento devido à presença de água e consequente recolha de água; e (iii) controlar a capacidade de resposta dos elastômeros cristalinos líquidos anisotrótrópicos utilizados. As membranas DynaCellCollect são adequadas para serem usadas em países suscetíveis à ocorrência de episódios regulares de seca que possuem cursos de água ou oceanos dos quais a água é constantemente perdida devido à evaporação. Essas membranas também podem ser utilizadas dentro de estufas fechadas onde a maior parte da água resultante da evapotranspiração das plantas pode ser recuperada sem o consumo de energia.

Instituições

Instituições Principais

  • Universidade Nova de Lisboa Associação para a Inovação e Desenvolvimento da FCT (NOVA.ID.FCT)

Financiamento 249.915,60 €

Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - Portugal

249.915,60 €