Evaporation de l'eau, comme observé lorsqu'une flaque d'eau disparaît un jour d'été, est un processus remarquablement puissant. S'il était harnaché, le processus pourrait fournir une source d'énergie propre pour alimenter les machines et appareils mécaniques. Dans un article récemment publié dans Matériaux naturels , une équipe internationale de scientifiques dirigée par des chercheurs de l'Advanced Science Research Center du Graduate Center, CUNY (CUNY ASRC) détaille le développement de cristaux à changement de forme qui convertissent directement l'énergie d'évaporation en mouvements puissants.

Ces matériaux sensibles à l'eau ont été créés en utilisant des variantes simples de blocs de construction biologiques, connu sous le nom de tripeptides, pour créer des cristaux à la fois rigides et morphables. Les matériaux sont composés de motifs tridimensionnels de pores nanométriques où l'eau se lie étroitement, et ces pores sont entrecoupés d'un réseau moléculaire de régions rigides et flexibles. Lorsque l'humidité est abaissée et atteint une valeur critique, l'eau s'échappe des pores entraînant une puissante contraction du réseau interconnecté. Il en résulte que les cristaux perdent temporairement leurs motifs ordonnés jusqu'à ce que l'humidité soit rétablie et que les cristaux retrouvent leur forme d'origine. Ce processus nouvellement conçu peut être répété maintes et maintes fois et donne lieu à une méthode remarquablement efficace de récolte de l'énergie d'évaporation pour effectuer un travail mécanique.

"Nous avons essentiellement créé un nouveau type d'actionneur, qui est entraîné par l'évaporation de l'eau, " a déclaré Roxana Piotrowska, étudiante au doctorat au Graduate Center, premier auteur de l'étude et chercheur à la CUNY ASRC Nanoscience Initiative. "En observant son activité, nous avons pu identifier les mécanismes fondamentaux de la façon dont les matériaux sensibles à l'eau peuvent convertir efficacement l'évaporation en énergie mécanique."

"Notre travail permet l'observation directe de l'actionnement des matériaux par évaporation à l'échelle moléculaire, '', a déclaré l'auteur correspondant de l'étude, Xi Chen, dont le laboratoire avec CUNY ASRC Nanoscience Initiative a co-dirigé la recherche. "En apprenant à extraire efficacement l'énergie de l'évaporation, et le transformer en mouvement, des actionneurs meilleurs et plus efficaces peuvent être conçus pour de nombreuses applications, y compris les dispositifs de récupération d'énergie par évaporation.''

" Surtout, nos cristaux conçus sont produits à partir des mêmes éléments constitutifs que les protéines sont faites, mais ils sont radicalement simplifiés et par conséquent, leurs propriétés peuvent être réglées avec précision et optimisées rationnellement pour cette application, " a déclaré Rein Ulijn, directeur de l'initiative nanosciences CUNY ASRC, dont le laboratoire, qui a codirigé les travaux, est responsable des aspects de conception biomoléculaire de la recherche. "La beauté de l'utilisation de blocs de construction biologiques pour créer cette nouvelle technologie est que les cristaux morphogéniques résultants sont biocompatibles, biodégradable, et rentable."

En utilisant une combinaison d'expériences en laboratoire et de simulations informatiques, les chercheurs ont pu identifier et étudier les facteurs qui contrôlent l'actionnement de ces cristaux. Cette approche a abouti à de nouvelles connaissances qui éclairent la conception de moyens plus efficaces d'utiliser l'évaporation pour une variété d'applications, qui peuvent inclure des composants robotiques ou des micro- et nano-machines mécaniques alimentées par l'évaporation de l'eau.